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Por que os dispositivos SIC não podem substituir o IGBT?
2022-03-17
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Por que os dispositivos SiC não podem substituir o IGBT?
O processo de produção e a tecnologia dos dispositivos de carboneto de silício (SiC) estão se tornando cada vez mais maduros. Actualmente, o maior obstáculo à promoção no mercado é o custo. Incluindo custos de pesquisa, desenvolvimento e produção, e o custo de acionamento de capacitores e resistores em todo o circuito depois que os dispositivos de carboneto de silício substituírem os IGBT na aplicação. A menos que o fabricante o pressione, e isso pode realmente reduzir o custo e melhorar o desempenho. Afinal, custará muito adotar coisas novas. Devido à influência do custo de fabricação e do rendimento do produto, o principal motivo que impede atualmente os produtos de SiC de entrarem em grande escala no mercado é o alto preço, que geralmente é cerca de 10 vezes o de produtos similares de Si. Embora seja inevitável que os dispositivos de carboneto de silício (SiC) substituam os IGBT com o progresso tecnológico e a redução de custos no futuro, e o desempenho possa ser muito forte, não é apenas o desempenho, mas também o custo e a confiabilidade que podem realmente se tornar a tendência geral.
?As vantagens de aplicação dos dispositivos de carboneto de silício são óbvias.
Alta eficiência, alta confiabilidade: os produtos SiC BJT podem atingir alta eficiência, alta densidade de corrente e alta confiabilidade, e podem funcionar sem problemas em altas temperaturas. Além disso, o SiC BJT possui excelente estabilidade de temperatura e suas características de trabalho em alta temperatura não são diferentes daquelas em temperatura normal. Na verdade, o SiC BJT tem todas as vantagens do IGBT e resolve todos os gargalos no projeto do IGBT. Como o IGBT é acionado por tensão e o BJT de SiC é acionado por corrente, os engenheiros de projeto podem não estar acostumados a substituir o IGBT pelo BJT de SiC a princípio, mas fornecedores de dispositivos como a Fairchild Semiconductor geralmente fornecem projetos de referência para ajudar os engenheiros a projetar circuitos de acionamento. Com a introdução de chips de driver especiais no futuro, será mais fácil usar o SiC BJT.
Baixas perdas e redução de custos: o Vce do SiC BJT é reduzido em 47%, o Eon em 60% e o Eoff em 67%. SiC BJT pode fornecer a menor perda de condução do mercado e Ron é inferior a 2.2 miliohms à temperatura ambiente. O SiC BJT pode fornecer a perda total mínima, incluindo perda de driver. O carboneto de silício BJT é o comutador de transferência de energia de 1200 volts mais eficiente da história. O SiC BJT atinge uma frequência de comutação mais alta, e suas perdas de condução e comutação são menores que as do IGBT (30-50%), portanto a potência de saída pode ser aumentada em até 40% no mesmo tamanho de sistema. O circuito de reforço de 2 kW de 400 V para 800 V só pode atingir a frequência de comutação de 25 kHz quando realizado por IGBT de silício e precisa de cinco capacitores de película fina. Porém, ao usar SiC BJT, a frequência de chaveamento pode chegar a 72KHz, sendo necessários apenas dois capacitores de filme fino, o que reduz em um terço o tamanho do dissipador de calor e do indutor, ou seja, podem ser utilizados indutores menores, economizando muito o custo total da BOM do sistema.
Melhore a frequência de comutação da fonte de alimentação para atingir alta frequência: A maior desvantagem do IGBT tradicional é sua baixa velocidade de comutação e baixa frequência de trabalho. Quando estiver desligado, uma cauda de corrente levará à perda de desligamento. A velocidade de comutação do SiC BJT é rápida, e não há desligamento do IGBT como cauda de corrente, então a perda de comutação é muito baixa. Sob a mesma tensão de resistência nominal, a resistência de ativação do SiC BJT é menor que o VCE(sat) do IGBT, o que pode reduzir a perda de ativação do SiC BJT.
A melhor aplicação do SiC BJT é o projeto de fontes de alimentação com potência superior a 3000W. Muitas dessas fontes de alimentação usam IGBT como equipamento de comutação para otimizar custos e eficiência. Se o engenheiro de projeto substituir o IGBT por SiC BJT, será fácil aumentar bastante a frequência de comutação da fonte de alimentação, reduzindo assim o volume do produto e melhorando a eficiência de conversão. Com o aumento da frequência, o número de indutores e capacitores exigidos pelos circuitos periféricos também pode ser reduzido no projeto, o que ajuda a economizar custos. Por outro lado, a velocidade de comutação do SiC BJT é muito rápida e pode completar a ação de comutação em menos de 20nS, ainda mais rápido que o MOSFET, por isso também pode ser usado para substituir o MOSFET. Comparado com dispositivos IGBT bipolares, o BJT de carboneto de silício tem menor resistência, o que pode reduzir ainda mais a perda de condução. A alta estabilidade de temperatura e a baixa corrente de fuga do carboneto de silício BJT superaram as do IGBT e do MOSFET. Além disso, sua resistência interna muda com o coeficiente de temperatura positivo, portanto pode ser facilmente conectado em paralelo para o projeto de fontes de alimentação de alta potência.
O processo de produção e a tecnologia dos dispositivos de carboneto de silício (SiC) estão se tornando cada vez mais maduros. Actualmente, o maior obstáculo à promoção no mercado é o custo. Incluindo custos de pesquisa, desenvolvimento e produção, e o custo de acionamento de capacitores e resistores em todo o circuito depois que os dispositivos de carboneto de silício substituírem os IGBT na aplicação. A menos que o fabricante o pressione, e isso pode realmente reduzir o custo e melhorar o desempenho. Afinal, custará muito adotar coisas novas. Devido à influência do custo de fabricação e do rendimento do produto, o principal motivo que impede atualmente os produtos de SiC de entrarem em grande escala no mercado é o alto preço, que geralmente é cerca de 10 vezes o de produtos similares de Si. Embora seja inevitável que os dispositivos de carboneto de silício (SiC) substituam os IGBT com o progresso tecnológico e a redução de custos no futuro, e o desempenho possa ser muito forte, não é apenas o desempenho, mas também o custo e a confiabilidade que podem realmente se tornar a tendência geral.
Alta eficiência, alta confiabilidade: os produtos SiC BJT podem atingir alta eficiência, alta densidade de corrente e alta confiabilidade, e podem funcionar sem problemas em altas temperaturas. Além disso, o SiC BJT possui excelente estabilidade de temperatura e suas características de trabalho em alta temperatura não são diferentes daquelas em temperatura normal. Na verdade, o SiC BJT tem todas as vantagens do IGBT e resolve todos os gargalos no projeto do IGBT. Como o IGBT é acionado por tensão e o BJT de SiC é acionado por corrente, os engenheiros de projeto podem não estar acostumados a substituir o IGBT pelo BJT de SiC a princípio, mas fornecedores de dispositivos como a Fairchild Semiconductor geralmente fornecem projetos de referência para ajudar os engenheiros a projetar circuitos de acionamento. Com a introdução de chips de driver especiais no futuro, será mais fácil usar o SiC BJT.
Baixas perdas e redução de custos: o Vce do SiC BJT é reduzido em 47%, o Eon em 60% e o Eoff em 67%. SiC BJT pode fornecer a menor perda de condução do mercado e Ron é inferior a 2.2 miliohms à temperatura ambiente. O SiC BJT pode fornecer a perda total mínima, incluindo perda de driver. O carboneto de silício BJT é o comutador de transferência de energia de 1200 volts mais eficiente da história. O SiC BJT atinge uma frequência de comutação mais alta, e suas perdas de condução e comutação são menores que as do IGBT (30-50%), portanto a potência de saída pode ser aumentada em até 40% no mesmo tamanho de sistema. O circuito de reforço de 2 kW de 400 V para 800 V só pode atingir a frequência de comutação de 25 kHz quando realizado por IGBT de silício e precisa de cinco capacitores de película fina. Porém, ao usar SiC BJT, a frequência de chaveamento pode chegar a 72KHz, sendo necessários apenas dois capacitores de filme fino, o que reduz em um terço o tamanho do dissipador de calor e do indutor, ou seja, podem ser utilizados indutores menores, economizando muito o custo total da BOM do sistema.
Melhore a frequência de comutação da fonte de alimentação para atingir alta frequência: A maior desvantagem do IGBT tradicional é sua baixa velocidade de comutação e baixa frequência de trabalho. Quando estiver desligado, uma cauda de corrente levará à perda de desligamento. A velocidade de comutação do SiC BJT é rápida, e não há desligamento do IGBT como cauda de corrente, então a perda de comutação é muito baixa. Sob a mesma tensão de resistência nominal, a resistência de ativação do SiC BJT é menor que o VCE(sat) do IGBT, o que pode reduzir a perda de ativação do SiC BJT.
A melhor aplicação do SiC BJT é o projeto de fontes de alimentação com potência superior a 3000W. Muitas dessas fontes de alimentação usam IGBT como equipamento de comutação para otimizar custos e eficiência. Se o engenheiro de projeto substituir o IGBT por SiC BJT, será fácil aumentar bastante a frequência de comutação da fonte de alimentação, reduzindo assim o volume do produto e melhorando a eficiência de conversão. Com o aumento da frequência, o número de indutores e capacitores exigidos pelos circuitos periféricos também pode ser reduzido no projeto, o que ajuda a economizar custos. Por outro lado, a velocidade de comutação do SiC BJT é muito rápida e pode completar a ação de comutação em menos de 20nS, ainda mais rápido que o MOSFET, por isso também pode ser usado para substituir o MOSFET. Comparado com dispositivos IGBT bipolares, o BJT de carboneto de silício tem menor resistência, o que pode reduzir ainda mais a perda de condução. A alta estabilidade de temperatura e a baixa corrente de fuga do carboneto de silício BJT superaram as do IGBT e do MOSFET. Além disso, sua resistência interna muda com o coeficiente de temperatura positivo, portanto pode ser facilmente conectado em paralelo para o projeto de fontes de alimentação de alta potência.
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