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¿Por qué los dispositivos SIC no pueden reemplazar a los IGBT?
2022-03-17
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¿Por qué los dispositivos SiC no pueden reemplazar a los IGBT?
El proceso de producción y la tecnología de los dispositivos de carburo de silicio (SiC) son cada vez más maduros. Actualmente, el mayor obstáculo para la promoción en el mercado es el costo. Incluidos los costos de investigación y desarrollo y producción, y el costo de activar capacitores y resistencias en todo el circuito después de que los dispositivos de carburo de silicio reemplacen a los IGBT en la aplicación. A menos que el fabricante lo presione, realmente puede reducir el costo y mejorar el rendimiento. Después de todo, costará mucho adoptar cosas nuevas. Debido a la influencia del costo de fabricación y el rendimiento del producto, la razón principal que impide que los productos de SiC ingresen al mercado a gran escala en la actualidad es el alto precio, que generalmente es aproximadamente 10 veces mayor que el de productos de Si similares. Si bien es inevitable que los dispositivos de carburo de silicio (SiC) reemplacen a los IGBT con el progreso tecnológico y la reducción de costos en el futuro, y el rendimiento puede ser muy sólido, no es solo el rendimiento, sino también el costo y la confiabilidad lo que realmente puede convertirse en la tendencia general.
?Las ventajas de aplicación de los dispositivos de carburo de silicio son obvias.
Alta eficiencia, alta confiabilidad: los productos SiC BJT pueden lograr alta eficiencia, alta densidad de corriente y alta confiabilidad, y pueden funcionar sin problemas a altas temperaturas. Además, SiC BJT tiene una excelente estabilidad de temperatura y sus características de trabajo a alta temperatura no son diferentes de las de temperatura normal. De hecho, el BJT de SiC tiene todas las ventajas del IGBT y resuelve todos los cuellos de botella en el diseño de IGBT. Como el IGBT es impulsado por voltaje y el BJT de SiC es impulsado por corriente, es posible que los ingenieros de diseño no estén acostumbrados a reemplazar el IGBT con el BJT de SiC al principio, pero los proveedores de dispositivos como Fairchild Semiconductor generalmente proporcionan diseños de referencia para ayudar a los ingenieros a diseñar circuitos de accionamiento. Con la introducción de chips controladores especiales en el futuro, será más fácil utilizar SiC BJT.
Bajas pérdidas y reducción de costos: Vce de SiC BJT se reduce en un 47%, Eon en un 60% y Eoff en un 67%. SiC BJT puede proporcionar la pérdida de conducción más baja del mercado y Ron tiene menos de 2.2 miliohmios a temperatura ambiente. SiC BJT puede proporcionar la pérdida total mínima, incluida la pérdida del conductor. El BJT de carburo de silicio es el interruptor de transferencia de energía de 1200 voltios más eficiente de la historia. El BJT de SiC logra una frecuencia de conmutación más alta y sus pérdidas de conducción y conmutación son menores que las del IGBT (30-50%), por lo que la potencia de salida se puede aumentar hasta en un 40% en un sistema del mismo tamaño. El circuito elevador de 2KW de 400 V a 800 V solo puede alcanzar la frecuencia de conmutación de 25 KHz cuando se realiza mediante IGBT de silicio y necesita cinco condensadores de película delgada. Sin embargo, cuando se utiliza SiC BJT, la frecuencia de conmutación puede alcanzar los 72 KHz y solo se necesitan dos condensadores de película delgada, lo que reduce el tamaño del disipador de calor y el inductor en un tercio, es decir, se pueden usar inductores más pequeños, ahorrando así en gran medida el Costo total de la lista de materiales del sistema.
Mejore la frecuencia de conmutación de la fuente de alimentación para lograr una alta frecuencia: la mayor desventaja del IGBT tradicional es su lenta velocidad de conmutación y su baja frecuencia de trabajo. Cuando se apaga, una cola actual provocará una pérdida de apagado. La velocidad de conmutación del BJT de SiC es rápida y no hay ningún IGBT que se apague como cola de corriente, por lo que la pérdida de conmutación es muy baja. Con la misma tensión de resistencia nominal, la resistencia de encendido del BJT de SiC es menor que VCE(sat) del IGBT, lo que puede reducir la pérdida de encendido del BJT de SiC.
La mejor aplicación de SiC BJT es el diseño de fuentes de alimentación con más de 3000W de potencia. Muchas de estas fuentes de alimentación utilizan IGBT como equipo de conmutación para optimizar costos y eficiencia. Si el ingeniero de diseño reemplaza IGBT con BJT de SiC, es fácil aumentar en gran medida la frecuencia de conmutación de la fuente de alimentación, reduciendo así el volumen del producto y mejorando la eficiencia de conversión. Con el aumento de la frecuencia, el número de inductores y condensadores requeridos por los circuitos periféricos también se puede reducir en el diseño, lo que ayuda a ahorrar costos. Por otro lado, la velocidad de conmutación de SiC BJT es muy rápida y puede completar la acción de conmutación en menos de 20 nS, incluso más rápido que el MOSFET, por lo que también se puede utilizar para reemplazar al MOSFET. En comparación con los dispositivos IGBT bipolares, el BJT de carburo de silicio tiene una resistencia de encendido menor, lo que puede reducir aún más la pérdida de conducción. La alta estabilidad de temperatura y la baja corriente de fuga del BJT de carburo de silicio han superado las del IGBT y MOSFET. Además, su resistencia interna cambia con el coeficiente de temperatura positivo, por lo que se puede conectar fácilmente en paralelo para el diseño de una fuente de alimentación de alta potencia.
El proceso de producción y la tecnología de los dispositivos de carburo de silicio (SiC) son cada vez más maduros. Actualmente, el mayor obstáculo para la promoción en el mercado es el costo. Incluidos los costos de investigación y desarrollo y producción, y el costo de activar capacitores y resistencias en todo el circuito después de que los dispositivos de carburo de silicio reemplacen a los IGBT en la aplicación. A menos que el fabricante lo presione, realmente puede reducir el costo y mejorar el rendimiento. Después de todo, costará mucho adoptar cosas nuevas. Debido a la influencia del costo de fabricación y el rendimiento del producto, la razón principal que impide que los productos de SiC ingresen al mercado a gran escala en la actualidad es el alto precio, que generalmente es aproximadamente 10 veces mayor que el de productos de Si similares. Si bien es inevitable que los dispositivos de carburo de silicio (SiC) reemplacen a los IGBT con el progreso tecnológico y la reducción de costos en el futuro, y el rendimiento puede ser muy sólido, no es solo el rendimiento, sino también el costo y la confiabilidad lo que realmente puede convertirse en la tendencia general.
Alta eficiencia, alta confiabilidad: los productos SiC BJT pueden lograr alta eficiencia, alta densidad de corriente y alta confiabilidad, y pueden funcionar sin problemas a altas temperaturas. Además, SiC BJT tiene una excelente estabilidad de temperatura y sus características de trabajo a alta temperatura no son diferentes de las de temperatura normal. De hecho, el BJT de SiC tiene todas las ventajas del IGBT y resuelve todos los cuellos de botella en el diseño de IGBT. Como el IGBT es impulsado por voltaje y el BJT de SiC es impulsado por corriente, es posible que los ingenieros de diseño no estén acostumbrados a reemplazar el IGBT con el BJT de SiC al principio, pero los proveedores de dispositivos como Fairchild Semiconductor generalmente proporcionan diseños de referencia para ayudar a los ingenieros a diseñar circuitos de accionamiento. Con la introducción de chips controladores especiales en el futuro, será más fácil utilizar SiC BJT.
Bajas pérdidas y reducción de costos: Vce de SiC BJT se reduce en un 47%, Eon en un 60% y Eoff en un 67%. SiC BJT puede proporcionar la pérdida de conducción más baja del mercado y Ron tiene menos de 2.2 miliohmios a temperatura ambiente. SiC BJT puede proporcionar la pérdida total mínima, incluida la pérdida del conductor. El BJT de carburo de silicio es el interruptor de transferencia de energía de 1200 voltios más eficiente de la historia. El BJT de SiC logra una frecuencia de conmutación más alta y sus pérdidas de conducción y conmutación son menores que las del IGBT (30-50%), por lo que la potencia de salida se puede aumentar hasta en un 40% en un sistema del mismo tamaño. El circuito elevador de 2KW de 400 V a 800 V solo puede alcanzar la frecuencia de conmutación de 25 KHz cuando se realiza mediante IGBT de silicio y necesita cinco condensadores de película delgada. Sin embargo, cuando se utiliza SiC BJT, la frecuencia de conmutación puede alcanzar los 72 KHz y solo se necesitan dos condensadores de película delgada, lo que reduce el tamaño del disipador de calor y el inductor en un tercio, es decir, se pueden usar inductores más pequeños, ahorrando así en gran medida el Costo total de la lista de materiales del sistema.
Mejore la frecuencia de conmutación de la fuente de alimentación para lograr una alta frecuencia: la mayor desventaja del IGBT tradicional es su lenta velocidad de conmutación y su baja frecuencia de trabajo. Cuando se apaga, una cola actual provocará una pérdida de apagado. La velocidad de conmutación del BJT de SiC es rápida y no hay ningún IGBT que se apague como cola de corriente, por lo que la pérdida de conmutación es muy baja. Con la misma tensión de resistencia nominal, la resistencia de encendido del BJT de SiC es menor que VCE(sat) del IGBT, lo que puede reducir la pérdida de encendido del BJT de SiC.
La mejor aplicación de SiC BJT es el diseño de fuentes de alimentación con más de 3000W de potencia. Muchas de estas fuentes de alimentación utilizan IGBT como equipo de conmutación para optimizar costos y eficiencia. Si el ingeniero de diseño reemplaza IGBT con BJT de SiC, es fácil aumentar en gran medida la frecuencia de conmutación de la fuente de alimentación, reduciendo así el volumen del producto y mejorando la eficiencia de conversión. Con el aumento de la frecuencia, el número de inductores y condensadores requeridos por los circuitos periféricos también se puede reducir en el diseño, lo que ayuda a ahorrar costos. Por otro lado, la velocidad de conmutación de SiC BJT es muy rápida y puede completar la acción de conmutación en menos de 20 nS, incluso más rápido que el MOSFET, por lo que también se puede utilizar para reemplazar al MOSFET. En comparación con los dispositivos IGBT bipolares, el BJT de carburo de silicio tiene una resistencia de encendido menor, lo que puede reducir aún más la pérdida de conducción. La alta estabilidad de temperatura y la baja corriente de fuga del BJT de carburo de silicio han superado las del IGBT y MOSFET. Además, su resistencia interna cambia con el coeficiente de temperatura positivo, por lo que se puede conectar fácilmente en paralelo para el diseño de una fuente de alimentación de alta potencia.
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