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なぜ SIC デバイスは IGBT を置き換えることができないのですか?
2022-03-17
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SiC デバイスはなぜ IGBT を置き換えることができないのでしょうか?
炭化ケイ素 (SiC) デバイスの製造プロセスと技術はますます成熟しています。現在、市場促進の最大の障害はコストです。 研究開発費および生産費、ならびに応用分野で IGBT をシリコンカーバイドデバイスに置き換えた後の回路全体の駆動コンデンサおよび抵抗器のコストを含みます。 メーカーがそれを推進しない限り、本当にコストを削減し、パフォーマンスを向上させることができます。 結局のところ、新しいものを導入するには多額の費用がかかります。 現在、製造コストや製品歩留まりの影響により、SiC製品の大規模な市場投入を妨げている主な理由は、一般に同様のSi製品の10倍程度と価格が高いことです。 将来、技術の進歩とコスト低下により、シリコンカーバイド（SiC）デバイスがIGBTに取って代わることは避けられず、その性能は非常に優れているかもしれませんが、実際に一般的なトレンドになるのは性能だけでなく、コストと信頼性でもあります。
?炭化ケイ素デバイスの応用上の利点は明らかです。
高効率、高信頼性：SiC BJT 製品は高効率、高電流密度、高信頼性を実現でき、高温でもスムーズに動作します。 また、SiC BJT は温度安定性に優れており、高温での動作特性は常温と変わりません。 実際、SiC BJT は IGBT の利点をすべて備えており、IGBT 設計におけるボトルネックをすべて解決します。 IGBT は電圧で駆動され、SiC BJT は電流で駆動されるため、設計エンジニアは最初は IGBT を SiC BJT に置き換えることに慣れていないかもしれませんが、Fairchild Semiconductor などのデバイス サプライヤは通常、エンジニアが駆動回路を設計できるようにリファレンス デザインを提供しています。 将来的には専用ドライバーチップの導入により、SiC BJTの利用がさらに容易になるでしょう。
低損失とコスト削減: SiC BJT の Vce は 47%、Eon は 60%、Eoff は 67% 削減されます。 SiC BJT は市場で最も低い伝導損失を実現でき、Ron は室温で 2.2 ミリオーム未満です。 SiC BJT は、ドライバー損失を含む総損失を最小限に抑えることができます。 炭化ケイ素 BJT は、史上最も効率的な 1200 ボルト電力伝送スイッチです。 SiC BJT は、より高いスイッチング周波数を実現し、導通損失とスイッチング損失が IGBT (30 ～ 50%) よりも低いため、同じサイズのシステムで出力電力を最大 40% 増加できます。 2Vから400Vへの800KW昇圧回路は、シリコンIGBTで実現した場合に25KHzのスイッチング周波数にしか達することができず、XNUMXつの薄膜コンデンサが必要です。 ただし、SiC BJT を使用すると、スイッチング周波数は 72KHz に達する可能性があり、必要な薄膜コンデンサは XNUMX つだけなので、ヒートシンクとインダクタのサイズが XNUMX 分の XNUMX に削減されます。つまり、より小さなインダクタを使用できるため、コストを大幅に節約できます。システムの合計 BOM コスト。
電源のスイッチング周波数を改善して高周波を実現します。従来の IGBT の最大の欠点は、スイッチング速度が遅く、動作周波数が低いことです。 ターンオフ時に電流テールが発生し、ターンオフ損失が発生します。 SiC BJTはスイッチング速度が速く、電流テールとしてオフするIGBTがないので、スイッチング損失が非常に低くなります。 同じ定格耐電圧では、SiC BJT のオン抵抗は IGBT の VCE(sat) よりも低いため、SiC BJT のオン損失を削減できます。
SiC BJT の最適な用途は、3000W 以上の電力を備えた電源の設計です。 これらの電源装置の多くは、コストと効率を最適化するために、スイッチング装置として IGBT を使用しています。 設計エンジニアが IGBT を SiC BJT に置き換えると、電源のスイッチング周波数を大幅に高めることが容易になり、製品の体積が削減され、変換効率が向上します。 周波数の向上に伴い、周辺回路に必要なインダクタやコンデンサの数も削減できるため、コスト削減につながります。 一方、SiC BJTのスイッチング速度は非常に速く、MOSFETよりも速い20nS未満でスイッチング動作を完了できるため、MOSFETの置き換えにも使用できます。 バイポーラ IGBT デバイスと比較すると、シリコンカーバイド BJT はオン抵抗が低いため、導通損失をさらに低減できます。 シリコンカーバイド BJT の高温安定性と低リーク電流は IGBT や MOSFET を上回っています。 また、内部抵抗が正の温度係数で変化するため、大電力電源の設計において並列接続が容易です。
炭化ケイ素 (SiC) デバイスの製造プロセスと技術はますます成熟しています。現在、市場促進の最大の障害はコストです。 研究開発費および生産費、ならびに応用分野で IGBT をシリコンカーバイドデバイスに置き換えた後の回路全体の駆動コンデンサおよび抵抗器のコストを含みます。 メーカーがそれを推進しない限り、本当にコストを削減し、パフォーマンスを向上させることができます。 結局のところ、新しいものを導入するには多額の費用がかかります。 現在、製造コストや製品歩留まりの影響により、SiC製品の大規模な市場投入を妨げている主な理由は、一般に同様のSi製品の10倍程度と価格が高いことです。 将来、技術の進歩とコスト低下により、シリコンカーバイド（SiC）デバイスがIGBTに取って代わることは避けられず、その性能は非常に優れているかもしれませんが、実際に一般的なトレンドになるのは性能だけでなく、コストと信頼性でもあります。
高効率、高信頼性：SiC BJT 製品は高効率、高電流密度、高信頼性を実現でき、高温でもスムーズに動作します。 また、SiC BJT は温度安定性に優れており、高温での動作特性は常温と変わりません。 実際、SiC BJT は IGBT の利点をすべて備えており、IGBT 設計におけるボトルネックをすべて解決します。 IGBT は電圧で駆動され、SiC BJT は電流で駆動されるため、設計エンジニアは最初は IGBT を SiC BJT に置き換えることに慣れていないかもしれませんが、Fairchild Semiconductor などのデバイス サプライヤは通常、エンジニアが駆動回路を設計できるようにリファレンス デザインを提供しています。 将来的には専用ドライバーチップの導入により、SiC BJTの利用がさらに容易になるでしょう。
低損失とコスト削減: SiC BJT の Vce は 47%、Eon は 60%、Eoff は 67% 削減されます。 SiC BJT は市場で最も低い伝導損失を実現でき、Ron は室温で 2.2 ミリオーム未満です。 SiC BJT は、ドライバー損失を含む総損失を最小限に抑えることができます。 炭化ケイ素 BJT は、史上最も効率的な 1200 ボルト電力伝送スイッチです。 SiC BJT は、より高いスイッチング周波数を実現し、導通損失とスイッチング損失が IGBT (30 ～ 50%) よりも低いため、同じサイズのシステムで出力電力を最大 40% 増加できます。 2Vから400Vへの800KW昇圧回路は、シリコンIGBTで実現した場合に25KHzのスイッチング周波数にしか達することができず、XNUMXつの薄膜コンデンサが必要です。 ただし、SiC BJT を使用すると、スイッチング周波数は 72KHz に達する可能性があり、必要な薄膜コンデンサは XNUMX つだけなので、ヒートシンクとインダクタのサイズが XNUMX 分の XNUMX に削減されます。つまり、より小さなインダクタを使用できるため、コストを大幅に節約できます。システムの合計 BOM コスト。
電源のスイッチング周波数を改善して高周波を実現します。従来の IGBT の最大の欠点は、スイッチング速度が遅く、動作周波数が低いことです。 ターンオフ時に電流テールが発生し、ターンオフ損失が発生します。 SiC BJTはスイッチング速度が速く、電流テールとしてオフするIGBTがないので、スイッチング損失が非常に低くなります。 同じ定格耐電圧では、SiC BJT のオン抵抗は IGBT の VCE(sat) よりも低いため、SiC BJT のオン損失を削減できます。
SiC BJT の最適な用途は、3000W 以上の電力を備えた電源の設計です。 これらの電源装置の多くは、コストと効率を最適化するために、スイッチング装置として IGBT を使用しています。 設計エンジニアが IGBT を SiC BJT に置き換えると、電源のスイッチング周波数を大幅に高めることが容易になり、製品の体積が削減され、変換効率が向上します。 周波数の向上に伴い、周辺回路に必要なインダクタやコンデンサの数も削減できるため、コスト削減につながります。 一方、SiC BJTのスイッチング速度は非常に速く、MOSFETよりも速い20nS未満でスイッチング動作を完了できるため、MOSFETの置き換えにも使用できます。 バイポーラ IGBT デバイスと比較すると、シリコンカーバイド BJT はオン抵抗が低いため、導通損失をさらに低減できます。 シリコンカーバイド BJT の高温安定性と低リーク電流は IGBT や MOSFET を上回っています。 また、内部抵抗が正の温度係数で変化するため、大電力電源の設計において並列接続が容易です。
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