Warum können SIC-Geräte IGBT nicht ersetzen?

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2022-03-17 339

Warum können SiC-Geräte IGBT nicht ersetzen?

Der Produktionsprozess und die Technologie von Siliziumkarbid (SiC)-Geräten werden immer ausgereifter. Das größte Hindernis für die Marktförderung sind derzeit die Kosten. Einschließlich Forschungs-, Entwicklungs- und Produktionskosten sowie der Kosten für die Ansteuerung von Kondensatoren und Widerständen im gesamten Schaltkreis, nachdem Siliziumkarbid-Geräte IGBT in der Anwendung ersetzt haben. Es sei denn, der Hersteller drängt darauf, und es kann die Kosten wirklich senken und die Leistung verbessern. Schließlich wird es viel kosten, neue Dinge zu übernehmen. Aufgrund des Einflusses der Herstellungskosten und der Produktausbeute ist der Hauptgrund, der derzeit den Markteintritt von SiC-Produkten in großem Maßstab verhindert, der hohe Preis, der im Allgemeinen etwa zehnmal so hoch ist wie der von ähnlichen Si-Produkten. Obwohl es unvermeidlich ist, dass Siliziumkarbid-Geräte (SiC) in Zukunft mit dem technologischen Fortschritt und der Kostensenkung IGBTs ersetzen werden und die Leistung sehr stark sein kann, sind es nicht nur die Leistung, sondern auch die Kosten und die Zuverlässigkeit, die sich wirklich zum allgemeinen Trend entwickeln können.

?Die Anwendungsvorteile von Siliziumkarbid-Geräten liegen auf der Hand.

Hoher Wirkungsgrad, hohe Zuverlässigkeit: SiC-BJT-Produkte können einen hohen Wirkungsgrad, eine hohe Stromdichte und eine hohe Zuverlässigkeit erreichen und bei hohen Temperaturen reibungslos funktionieren. Darüber hinaus weist SiC BJT eine hervorragende Temperaturstabilität auf und seine Arbeitseigenschaften bei hohen Temperaturen unterscheiden sich nicht von denen bei normaler Temperatur. Tatsächlich verfügt SiC BJT über alle Vorteile von IGBT und löst alle Engpässe im IGBT-Design. Da IGBTs durch Spannung und SiC-BJTs durch Strom angesteuert werden, sind Entwicklungsingenieure es möglicherweise zunächst nicht gewohnt, IGBTs durch SiC-BJTs zu ersetzen. Gerätelieferanten wie Fairchild Semiconductor stellen jedoch im Allgemeinen Referenzdesigns zur Verfügung, um Ingenieure bei der Entwicklung von Treiberschaltungen zu unterstützen. Mit der Einführung spezieller Treiberchips in der Zukunft wird es einfacher, SiC BJT zu verwenden.

Geringe Verluste und Kostenreduzierung: Vce von SiC BJT wird um 47 %, Eon um 60 % und Eoff um 67 % reduziert. SiC-BJT bietet den niedrigsten Leitungsverlust auf dem Markt, und Ron beträgt bei Raumtemperatur weniger als 2.2 Milliohm. SiC BJT kann den minimalen Gesamtverlust, einschließlich Treiberverlust, bieten. Der Siliziumkarbid-BJT ist der effizienteste 1200-Volt-Leistungsschalter aller Zeiten. SiC-BJT erreicht eine höhere Schaltfrequenz und seine Leitungs- und Schaltverluste sind geringer als die von IGBT (30–50 %), sodass die Ausgangsleistung im System derselben Größe um bis zu 40 % erhöht werden kann. Die 2-kW-Boost-Schaltung von 400 V auf 800 V kann nur dann eine Schaltfrequenz von 25 kHz erreichen, wenn sie durch einen Silizium-IGBT realisiert wird, und benötigt fünf Dünnschichtkondensatoren. Bei Verwendung von SiC-BJT kann die Schaltfrequenz jedoch 72 kHz erreichen, und es werden nur zwei Dünnschichtkondensatoren benötigt, wodurch die Größe des Kühlkörpers und der Induktivität um ein Drittel reduziert wird, d Gesamtstücklistenkosten des Systems.

Verbessern Sie die Schaltfrequenz der Stromversorgung, um eine hohe Frequenz zu erreichen: Der größte Nachteil herkömmlicher IGBTs ist ihre langsame Schaltgeschwindigkeit und niedrige Arbeitsfrequenz. Wenn es ausgeschaltet ist, führt ein Stromschwanz zu einem Ausschaltverlust. Die Schaltgeschwindigkeit des SiC-BJT ist hoch und es gibt kein IGBT-Abschalten als Stromende, sodass der Schaltverlust sehr gering ist. Bei gleicher Nennspannungsfestigkeit ist der Einschaltwiderstand des SiC-BJT niedriger als VCE(sat) des IGBT, wodurch der Einschaltverlust des SiC-BJT verringert werden kann.

Die beste Anwendung von SiC BJT ist die Entwicklung von Netzteilen mit mehr als 3000 W Leistung. Viele dieser Netzteile verwenden IGBT als Schaltgerät, um Kosten und Effizienz zu optimieren. Wenn der Konstrukteur IGBT durch SiC BJT ersetzt, lässt sich die Schaltfrequenz der Stromversorgung leicht deutlich erhöhen, wodurch das Produktvolumen reduziert und die Umwandlungseffizienz verbessert wird. Mit der Erhöhung der Frequenz kann auch die Anzahl der für periphere Schaltkreise erforderlichen Induktivitäten und Kondensatoren im Design reduziert werden, was zur Kosteneinsparung beiträgt. Andererseits ist die Schaltgeschwindigkeit des SiC-BJT sehr hoch und er kann den Schaltvorgang in weniger als 20 ns abschließen, also sogar schneller als MOSFET, sodass er auch als Ersatz für MOSFET verwendet werden kann. Im Vergleich zu bipolaren IGBT-Geräten weist ein Siliziumkarbid-BJT einen geringeren Durchlasswiderstand auf, wodurch der Leitungsverlust weiter verringert werden kann. Die hohe Temperaturstabilität und der niedrige Leckstrom von Siliziumkarbid-BJT haben die von IGBT und MOSFET übertroffen. Darüber hinaus ändert sich sein Innenwiderstand mit dem positiven Temperaturkoeffizienten, sodass er für den Entwurf einer Hochleistungsstromversorgung problemlos parallel geschaltet werden kann.

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