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为什么SIC器件不能取代IGBT？
2022-03-17
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SiC器件为何无法取代IGBT？
碳化硅（SiC）器件的生产工艺和技术日趋成熟。目前市场推广的最大障碍是成本。 包括研发和生产成本，以及碳化硅器件在应用中取代IGBT后，整个电路中的驱动电容和电阻的成本。 除非厂家力推，而且确实可以降低成本，提高性能。 毕竟，采用新事物需要付出很大的代价。 由于制造成本和产品良率的影响，目前阻碍SiC产品大规模进入市场的主要原因是价格过高，一般是同类Si产品的10倍左右。 虽然未来随着技术进步和成本降低，碳化硅（SiC）器件取代IGBT是必然，而且性能可能会非常强劲，但真正能成为大势所趋的不仅仅是性能，还有成本和可靠性。
?碳化硅器件的应用优势显而易见。
高效率、高可靠性：SiC BJT产品可以实现高效率、高电流密度和高可靠性，并且可以在高温下平稳工作。 此外，SiC BJT具有优异的温度稳定性，其在高温下的工作特性与常温下无区别。 事实上，SiC BJT具备IGBT的所有优点，并且解决了IGBT设计中的所有瓶颈。 由于IGBT是电压驱动，而SiC BJT是电流驱动，设计工程师一开始可能不太习惯用SiC BJT代替IGBT，但飞兆半导体等器件供应商一般都会提供参考设计，帮助工程师设计驱动电路。 未来随着专用驱动芯片的推出，SiC BJT的使用将会更加容易。
低损耗、降低成本：SiC BJT的Vce降低47%，Eon降低60%，Eoff降低67%。 SiC BJT可以提供市场上最低的导通损耗，室温下Ron小于2.2毫欧。 SiC BJT可以提供最小的总损耗，包括驱动器损耗。 碳化硅 BJT 是历史上最高效的 1200 伏电源转换开关。 SiC BJT实现了更高的开关频率，同时其导通和开关损耗比IGBT低（30-50%），因此在相同尺寸的系统中输出功率可提高高达40%。 2V至400V的800KW升压电路，采用硅IGBT实现只能达到25KHz的开关频率，并且需要XNUMX个薄膜电容。 然而，当使用SiC BJT时，开关频率可以达到72KHz，并且只需要两个薄膜电容器，这使得散热器和电感器的尺寸减少了三分之一，即可以使用更小的电感器，从而大大节省了系统的总 BOM 成本。
提高电源开关频率，实现高频化：传统IGBT的最大缺点是开关速度慢，工作频率较低。 当其关断时，电流尾部将导致关断损耗。 SiC BJT的开关速度很快，而且没有IGBT关断那样的电流拖尾，所以开关损耗很低。 在相同额定耐压下，SiC BJT的导通电阻比IGBT的VCE(sat)低，可以降低SiC BJT的导通损耗。
SiC BJT的最佳应用是3000W以上功率的电源设计。 这些电源很多都采用IGBT作为开关设备，以优化成本和效率。 如果设计工程师将IGBT替换为SiC BJT，很容易就能大幅提高电源的开关频率，从而缩小产品体积，提高转换效率。 随着频率的提高，设计时外围电路所需的电感和电容的数量也可以减少，有助于节省成本。 另一方面，SiC BJT的开关速度非常快，可以在小于20nS的时间内完成开关动作，甚至比MOSFET还要快，因此也可以用来替代MOSFET。 与双极型IGBT器件相比，碳化硅BJT具有更低的导通电阻，可以进一步降低导通损耗。 碳化硅BJT的高温稳定性和低漏电流已经超越IGBT和MOSFET。 另外，其内阻随正温度系数变化，因此可以方便地并联用于大功率电源的设计。
碳化硅（SiC）器件的生产工艺和技术日趋成熟。目前市场推广的最大障碍是成本。 包括研发和生产成本，以及碳化硅器件在应用中取代IGBT后，整个电路中的驱动电容和电阻的成本。 除非厂家力推，而且确实可以降低成本，提高性能。 毕竟，采用新事物需要付出很大的代价。 由于制造成本和产品良率的影响，目前阻碍SiC产品大规模进入市场的主要原因是价格过高，一般是同类Si产品的10倍左右。 虽然未来随着技术进步和成本降低，碳化硅（SiC）器件取代IGBT是必然，而且性能可能会非常强劲，但真正能成为大势所趋的不仅仅是性能，还有成本和可靠性。
高效率、高可靠性：SiC BJT产品可以实现高效率、高电流密度和高可靠性，并且可以在高温下平稳工作。 此外，SiC BJT具有优异的温度稳定性，其在高温下的工作特性与常温下无区别。 事实上，SiC BJT具备IGBT的所有优点，并且解决了IGBT设计中的所有瓶颈。 由于IGBT是电压驱动，而SiC BJT是电流驱动，设计工程师一开始可能不太习惯用SiC BJT代替IGBT，但飞兆半导体等器件供应商一般都会提供参考设计，帮助工程师设计驱动电路。 未来随着专用驱动芯片的推出，SiC BJT的使用将会更加容易。
低损耗、降低成本：SiC BJT的Vce降低47%，Eon降低60%，Eoff降低67%。 SiC BJT可以提供市场上最低的导通损耗，室温下Ron小于2.2毫欧。 SiC BJT可以提供最小的总损耗，包括驱动器损耗。 碳化硅 BJT 是历史上最高效的 1200 伏电源转换开关。 SiC BJT实现了更高的开关频率，同时其导通和开关损耗比IGBT低（30-50%），因此在相同尺寸的系统中输出功率可提高高达40%。 2V至400V的800KW升压电路，采用硅IGBT实现只能达到25KHz的开关频率，并且需要XNUMX个薄膜电容。 然而，当使用SiC BJT时，开关频率可以达到72KHz，并且只需要两个薄膜电容器，这使得散热器和电感器的尺寸减少了三分之一，即可以使用更小的电感器，从而大大节省了系统的总 BOM 成本。
提高电源开关频率，实现高频化：传统IGBT的最大缺点是开关速度慢，工作频率较低。 当其关断时，电流尾部将导致关断损耗。 SiC BJT的开关速度很快，而且没有IGBT关断那样的电流拖尾，所以开关损耗很低。 在相同额定耐压下，SiC BJT的导通电阻比IGBT的VCE(sat)低，可以降低SiC BJT的导通损耗。
SiC BJT的最佳应用是3000W以上功率的电源设计。 这些电源很多都采用IGBT作为开关设备，以优化成本和效率。 如果设计工程师将IGBT替换为SiC BJT，很容易就能大幅提高电源的开关频率，从而缩小产品体积，提高转换效率。 随着频率的提高，设计时外围电路所需的电感和电容的数量也可以减少，有助于节省成本。 另一方面，SiC BJT的开关速度非常快，可以在小于20nS的时间内完成开关动作，甚至比MOSFET还要快，因此也可以用来替代MOSFET。 与双极型IGBT器件相比，碳化硅BJT具有更低的导通电阻，可以进一步降低导通损耗。 碳化硅BJT的高温稳定性和低漏电流已经超越IGBT和MOSFET。 另外，其内阻随正温度系数变化，因此可以方便地并联用于大功率电源的设计。
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