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为什么SiC器件还没能取代IGBT?

文章出处:人气:440发表时间:2017-8-24 15:24:52

碳化硅(SiC)器件生产工艺和技术已经日趋成熟,目前市场推广最大的障碍是成本。包括研发和生产成本以及应用中碳化硅器件代换IGBT后整个电路中的驱动电容电阻的成本。除非生产商主推,而且的确能降低成本提高性能。毕竟采用新东西会付出很大代价的。受制于制造成本和产品良率影响,目前阻碍SiC产品大规模进入市场的主要原因是价格昂贵,一般是同类Si产品的10倍左右。虽然说未来随着技术改进和成本下降,碳化硅(SiC)器件取代IGBT是必然碳化硅(SiC)器件,性能上可能是很厉害,但真能成为大势不光要性能上,还要成本上,可靠性上多重保证才行。
 
 碳化硅器件的应用优势明显
 高效、高可靠性:SiC BJT产品可实现较高的效率、电流密度和可靠性,并且能够顺利地进行高温工作。此外,SiC BJT有优良的温度稳定性,在高温工作的特性跟常温时没有差别。SiC BJT其实具备了所有IGBT的优点并同时解决了所有使用IGBT设计上的瓶颈。由于IGBT是电压驱动,而SiC BJT 是电流驱动,设计工程师要用SiC BJT取代IGBT,开始时可能会不习惯,但是器件供应商,如飞兆半导体,一般都会提供参考设计,以帮助工程师设计驱动线路。将来这方面的专用驱动芯片推出后,使用SiC BJT就会更简化。
    损耗低,可降低成本:SiC BJT的Vce降低了47%,Eon降低了60%,Eoff降低了67%。SiC BJT可提供市场上最低的传导损耗,室温时,每平方厘米Ron小于2.2毫欧姆。SiC BJT可提供最小的总损耗,包括驱动器损耗。SiC BJT是有史以来最高效的1200V 功率转换开关,SiC BJT实现了更高的开关频率,其传导和开关损耗较IGBT低(30-50%),从而能够在相同尺寸的系统中实现高达40%的输出功率提升。2KW从400V到800V的升压电路,用硅IGBT实现时只能实现25KHz开关频率,而且需要用到5个薄膜电容,而用SiC BJT实现时,不仅开关频率可做到72KHz,而且只需要用到2个薄膜电容,散热器尺寸、电感尺寸都降低三分之一,亦即可用更小的电感,从而大大节省系统总BOM成本。
     提高电源的开关频率,实现高频化:传统IGBT最大缺点是开关速度慢,工作频率低,它在关断时有个电流尾巴会造成很高的关断损耗。SiC BJT开关速度快又没有IGBT关断是电流尾巴,所以开关损耗很低。 在相同额定耐压情况下,SiC BJT的导通内阻也比IGBT的VCE(sat) 来得低,这可以减少传导损耗。SiC BJT最佳的应用场合是大于3000W功率的电源设计,这类电源很多是用IGBT来做开关器件,以达到成本及效率上的最佳化。设计工程师如果用SiC BJT来取代IGBT,是可以很容易把电源开关频率大幅提升,从而缩小产品的体积以并提升转换效率。由于频率的提升,在设计上也可以减少周边电路所需的电感,电容的数目,有助于节省成本。另一方面,SiC BJT的开关速度很快,可在<20nS内完成开关动作,这样的速度甚至比MOSFET还快,所以它也是可以用来取代MOSFET的。跟双极型IGBT器件比较,SiC BJT具有更低的导通内阻,能进一步降低传导损耗。SiC BJT的高温度稳定性,低漏电,都超越了IGBT及MOSFET。此外,它的内阻呈正温度系数变化,很容易并联起来使用以作大功率的电源设计。

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