【经验】解析如何在电机应用中区分使用功率器件：IGBT、Si MOSFET和SiC MOSFET
每种功率元器件都有其各自的特点，通常需要根据目标应用和所需特性和性能等来区分使用。本文ROHM将谈一下如何在电机应用中正确地区分使用IGBT、Si MOSFET和SiC MOSFET。
在电机应用中区分使用功率器件
下图与“IGBT的适用范围”一文中使用的图相同，图中根据不同功率器件的特点列出了不同工作频率和输出容量（VA）下的适用范围。对IGBT、Si MOSFET和SiC MOSFET的分立器件覆盖的面积进行比较后，可以汇总如下。当然，由于每种功率元器件都是多样化的，所以这里是基于通常的概括性特点进行汇总的。
●在IGBT与Si MOSFET的比较中，IGBT覆盖输出容量大的低频区域，Si MOSFET覆盖输出容量小的高频区域。
●在IGBT与SiC MOSFET的比较中，SiC MOSFET覆盖输出容量大的高频区域。
●Si MOSFET与SiC MOSFET覆盖的频率范围相同，但Si MOSFET覆盖低输出容量区域，而SiC MOSFET则覆盖高输出容量区域。
图 1
下图更具体地列出了这些特点，并给出了在电机应用中区分使用它们时的要点。从正确区分使用的角度来看，不同条件下的损耗差异是非常重要的。损耗分导通损耗和开关损耗来考虑。下图中的IGBT、SiC MOSFET、Si MOSFET都是分立器件，“+SBD”和“+FRD”表示外置对应的分立二极管。
在导通损耗方面，如果流过的电流约在5A以下的范围，Si MOSFET优于IGBT，但在5A以上时IGBT表现更出色。该电流区域未被SiC MOSFET覆盖，因此通常考虑采用IGBT或Si MOSFET。Si MOSFET在以小电流运行的系统中占优势，比如家用空调的室外机等在轻负载时正常稳定运行占比多的应用。这也与上述①中的IGBT和Si MOSFET的覆盖范围比较结果一致。
关于开关损耗，随着PWM频率（开关频率）变快，在IGBT＋FRD（快速恢复二极管）和SiC MOSFET＋SBD（肖特基势垒二极管）之间的比较中，SiC MOSFET＋SBD更具优势，与上述②中的比较结果一致。这是由于受IGBT+FRD的特点——导通时的反向恢复电流和关断时的尾电流的影响。SiC MOSFET＋SBD因其不会流过尾电流而使开关损耗得以显著改善。
但是，对于电机应用而言，普通的电机多在20kHz以下的较低频率下使用，加上SiC MOSFET在成本方面不占优势，所以目前SiC MOSFET多在特殊应用中使用。在当今的电机应用中，考虑到性能、损耗和成本之间的平衡，IGBT是主流。
图 2
综上所述，我们探讨了每种功率器件的特点以及包括成本在内的考量，最终需要根据应用的需求选择合适的产品。在包括逆变器在内的电机驱动应用中，除了上述的“IGBT分立器件+FRD”示例外，被广泛使用的还有面向电机应用的FRD内置型IGBT分立器件和IGBT IPM（智能功率模块）。
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