【技术】SIC技术：感应加热行业的一次技术革命

时间： 2019-09-03 来源：世强

“高频感应加热机”，又名高频感应加热设备、高频感应加热装置等。感应加热设备就是利用电磁感应原理，使工件在交变磁场中产生感应电流，利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面、内孔、局部或整体加热的一种大功率电加热设备。如下图1是高频感应加热器的功率拓扑结构。

高频感应加热器的功率拓扑结构

图1：高频感应加热器的功率拓扑结构

在高频感应加热的应用中所谓高频，一般是指逆变侧的50KHz~400KHz的高频电流，目前最高电流频率高达1.1MHZ。高频变换主要由高频逆变电路和高频变压器等来实现，这要求逆变侧功率开关工作频率相当的高。一般的功率器件要实现如此之高开关频率无疑给产品设计者带来很大的挑战。目前的IGBT技术，工作频率一般在20KHZ以下，如果需要实现高频设计，必须进行大幅度地降额并采用软开关技术。这就导致了系统发热，结构散热问题就变得严峻，这也对产品小型化设计带来很多难题。

WOLFSPEED（原Cree）公司是全球领先的碳化硅肖特基二极管和MOSFET制造商，提供了全球90%以上的SIC晶元，这些器件应用于各种高效率电源转换电路，增加开关频率，降低系统的尺寸和重量以及提升效率。SIC技术十分适用于这种高频感应加热行业，堪称行业中的技术革命，已受到该行业知名企业的重点关注，同时他们的新一代产品不断地突破400KHZ、500KHZ甚至达到1.1MHZ这样的高频。

SIC-MOSFET的主要技术特点如下：

1. SIC二级管采用最新的MPS工艺机构，大大减小了漏电流，提高了高温高压下工作的可靠性；同时采用SIC技术，二极管基本实现零电荷的反向恢复，很大程度上提高开关速度，功耗也大大降低。（见下图2）

SIC二极管与SI二极管的反向恢复电流比较

图2： SIC二极管与SI二极管的反向恢复电流比较

2. SIC-MOSFET的导通阻抗低，导通压降比较小，在一定程度减小了导通损耗；同时在大电流关断时，基本无拖尾电流，这就大大提高开关速率，关断损耗也有所减小。（见下图3）

图3： SIC-MOSFET导通压降对比示意图 SIC-MOSFET关断时电流拖尾比较示意图

3. 随着工艺技术的发展，SIC技术在生产制造中也不断改进，目前已发展到第三代SIC的工艺技术，单位面积上的电流密度大大提高，进一步减小了晶元体积，产品的价格也渐渐为客户所接受。（见下图4）

SIC晶元工艺技术发展

图4： SIC晶元工艺技术发展

4. SIC技术的产品目前已系列化了，不同电流规格SIC-MOSFET的单管和模块都已批量供应，同时为了适应不同应用场合，开发了各种封装，包括贴片封装的TO263-7等，产品系列大致见下图：

SIC器件的封装示意图

图5： SIC器件的封装示意图

SiC MOS分立器件

图6：SiC MOS分立器件

SiC MOS模块

图7：SiC MOS模块

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