【技术】低损耗、高结温，基本半导体混合碳化硅分立器件性能优势介绍

时间： 2023-09-23 来源：基本半导体微信公众号

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IGBT分立器件一般由IGBT和续流二极管(FWD)构成，续流二极管按材料可分为硅材料和碳化硅材料，按照器件结构可分为PIN二极管和肖特基势垒二极管(SBD)。材料与结构两两组合就形成了4种结果：硅PIN二极管、碳化硅PIN二极管、硅肖特基二极管、碳化硅肖特基二极管。在本篇文章中我们将重点阐述碳化硅肖特基二极管作为续流二极管的混合碳化硅分立器件(后文简称为混管)的特性与优点。

目前市面上主流的IGBT产品其续流二极管为快恢复二极管(FRD)，是上文提到的硅PIN二极管的一种，因此混管使用的碳化硅SBD与硅FRD在材料和结构上都有所不同，在此分别对其进行比较。在相同的结构中，碳化硅材料的耐压特性表现要远远强于硅材料;相同的材料下，快恢复二极管FRD可以比肖特基势垒二极管SBD承受更高的电压。因此在耐压特性表现上可以得出碳化硅FRD>碳化硅SBD>硅FRD>硅SBD，而由于碳化硅SBD的耐压能力可以轻松达到1200V以上，基本可以满足大部分市场需求，所以碳化硅FRD并不常见。下图为相同IGBT分别搭配硅FRD与碳化硅SBD的双脉冲测试示意图，以及在不同电压下的开通关断过程中的器件损耗数据对比。

从表中数据可以看出，相同的电压等级下，混管的关断损耗与传统IGBT相差不大，但开通损耗要比传统IGBT小30%~40%。同时当V_DC从600V 增加到800V时，传统IGBT的总损耗增大了50%，而混管的总损耗只增大了25%。

混管的SBD内部结构中载流子多子为电子，硅FRD内部结构中载流子为电子和空穴，因此相比于硅FRD，碳化硅SBD的关断速度更快，且几乎没有反向恢复与正向恢复现象。而评估硅FRD的关键参数就是反向恢复电荷Q_rr和反向恢复时间T_rr。Q_rr越大，T_rr越大，产生的损耗也就越大，硅FRD的Q_rr和T_rr都会随着温度升高而增大，也意味着反向恢复行为变差。下图是高结温下的混管与传统IGBT在开通关断过程中的器件损耗数据情况。

将高温下数据与前文常温下数据进行对比可以看出，当产品的工作温度上升，不论是硅FRD还是碳化硅SBD都会有开关损耗上升的现象。但分开看开通损耗和关断损耗时，两种产品的关断损耗随温度上升增加的幅度是接近的，而开通损耗随温度变化的差异却十分明显，混管的增加幅度不到10%，传统IGBT的开通损耗随温度上升增加了35%左右。

综上所述，在强调低开关损耗、高结温的场合下，混管比传统IGBT有着更出色的表现。因此，当您在进行相关方案设计时，为进一步减小器件的开关损耗，建议选择基本半导体混合碳化硅分立器件，产品列表如下：

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型号- B2D05120E1,B2M1000170Z,B2M1000170R,BTD5350SBPR,BTL27523R,B2M080120Z,BMS600R12HLWC4_B01,B3D40120HC,B2D40065H1,BGH75N65HS1,BD2M040A120S1,B2M080120R,BGH75N65ZF1,B2D,B2D60120H1,BMS800R12HWC4_B02,BMS950R08HLWC4_B02,BTL27523B,B2M080120H,B2D16120HC1,B3D03120E,BGH40N120HS1,B2DM060065N1,BTD5350E,BTD5350SBWR,BTD5350EBPR,B3D系列,BTD21520M,BTL27524R,B2D30120H1,BTD21520E,BTD5350MBPR,BD2D20A120S1,BD2D40A120S1,B3D,BTL27524BR,BTL27524B,B2D02120K1,BTD21520S,BMF800R12FC4,BTL2752X,AB2M040120Z,BD2D10A065S1,B2M040120H,BTD25350MMCWR,BTD21520系列,BTD3011R,BTD21520MBWR,B2D10120E1,AB2M040120R,BTD5350SCPR,BMF240R12E2G3,BMF600R12FC4,BMS700R08HWC4_B01,BTD21520EBWR,B2D08065K1,B2M032120Y,BTD25350MECWR,BTD5350EBWR,B2D30120HC1,B2D40120HC1,BD2D04A065S1,B2D10065F1,B2M040120Z,B2M009120Y,BD2M065A120S1,BD2D02A120S1,BMF700R08FC4,B2D系列,B1D06065KS,B2D40120H1,B2M040120R,BMS950R08HWC4_B02,BGH50N65HS1,BGH50N65ZF1,B2D10065KF1,B2D04065E1,BTD5350,BTD5350SCWR,B3D40200H,BTD5350ECPR,BTD5350M,BTD5350MBWR,BTD21520MBPR,BTD5350S,B2D08065KS,BD2D30A120S1,BTD5350MCPR,B2D20065F1,BD2D08A120S1,B2M1000170H,BTL27523BR,BMS800R12HLWC4_B02,BD2D15A065S1,BD2D20A065S1,B2D20120H1,B2M160120Z,BTD25350MMBWR,B2D10120K1,BTD21520MAWR,B2D20065HC1,B2D30065HC1,BTD25350,B2M160120R,BTD21520EAWR,B2D40065HC1,BMS700R08HLWC4_B01,BTD5350ECWR,BTD25350MEBWR,B2D04065KF1,BGH75N65HF1,B2D10065KS,BTD21520EBPR,BMZ200R12TC4,BTD21520SBWR,B2D04065K1,B3D20120H,BMS600R12HWC4_B01,B2M160120H,BGH75N120HF1,B2M030120R,BD2D08A065S1,BTD25350系列,B2M011120HK,BTD21520SBPR,BTD3011R系列,BTD21520MAPR,B2M030120Z,B2M009120N,BTD5350MCWR,B2D06065K1,BTD5350系列,BMZ250R08TC4,B2M012120N,B3D50120H2,BTD25350MSCWR,BTL2752X系列,B2D20065H1,B2D10065E1,B2M030120H,BD2D30A065S1,B2D06065KF1,B2D05120K1,B2D02120E1,B2D06065E1,BMF950R08FC4,BD2D05A120S1,BGH50N65HF1,B2D20120F1,BD2D15A120S1,B2D20120HC1,B2D10120HC1,BTD21520EAPR,BTD25350ME,BTD21520SAWR,BTD21520,B2D20065K1,B2M018120Z,BTD25350MM,BTD25350MS,B2D16065HC1,AB2M080120R,B2D10120H1,B2M018120N,BD2D06A065S1,B2D30065H1,B2M065120Z,BTD21520SAPR,AB2M080120H,B2M065120R,B2M018120H,B2M065120H,BD2D10A120S1,BTL27523,B2D10065K1,AB2M080120Z,BTD25350MSBWR,B2M020120Y,BTL27524,B3D05120E,B2DM100120N1,BD2D40A065S1

2024/5/16 - 基本半导体 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

【IC】基本半导体推出单通道智能带短路保护的隔离驱动芯片BTD3011R系列，绝缘电压高达5000Vrms

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2023-10-09 - 产品代理服务技术支持采购服务

BGH75N120HF1混合SiC分立器件

描述- 该资料详细介绍了BGH75N120HF1混合碳化硅离散器件，包括其特性、最大额定值、电气特性、动态特性、典型性能、封装尺寸和修订历史。该器件适用于UPS、光伏逆变器、焊接机和高压直流/直流转换器等应用。

型号- BGH75N120HF1

2024-08-01 - 基本半导体 - 数据手册 - Rev. 0.4 代理服务技术支持采购服务查看更多版本

混合式IGBT可解决硅基FRD的Snappy现象限制IGBT的开通速度问题

2024-07-09 - 器件选型代理服务技术支持采购服务

混合碳化硅分立器件深入图腾柱无桥PFC应用，国产龙头厂牌分享选型及方案设计经验

现代尖端电力电子设备性能升级需要提升系统功率密度、使用更高的主开关频率，现有硅基IGBT配合硅基FRD性能已无法完全满足要求，为此，基本半导体推出的混合碳化硅分立器件将新型场截止IGBT技术和碳化硅肖特基二极管技术相结合，为硬开关拓扑打造了一个兼顾品质和性价比的完美方案。

2022-03-17 - 原厂动态代理服务技术支持采购服务

【经验】浅谈硅IGBT与碳化硅MOSFET驱动的区别

硅IGBT与碳化硅MOSFET驱动两者电气参数特性差别较大，碳化硅MOSFET对于驱动的要求也不同于传统硅器件，主要体现在GS开通电压、GS关断电压、短路保护、信号延迟和抗干扰几个方面。基本半导体自主研发的碳化硅 MOSFET 具有导通电阻低，开关损耗小的特点，可降低器件损耗，提升系统效率，更适合应用于高频电路。

2019-12-17 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

BTD5350x单通道隔离型门极驱动器

描述- 本资料介绍了Basic Semiconductor的单通道隔离型门极驱动器BTD5350x系列产品的详细信息，包括产品特性、应用、功能描述、规格参数、测试数据和封装尺寸等。

型号- BTD5350XBX,BTD5350X,BTD5350SBPR,BTD5350SCPR,BTD5350ECWR,BTD5350EBWR,BTD5350X 系列,BTD5350E,BTD5350SBWR,BTD5350,BTD5350SCWR,BTD5350 系列,BTD5350EBPR,BTD5350XCX,BTD5350ECPR,BTD5350M,BTD5350MBWR,BTD5350S,BTD5350MCWR,BTD5350MBPR,BTD5350MX,BTD5350XC,BTD5350MCPR,BTD5350XB,BTD5350SX,BTD5350EX

2024-07-09 - 基本半导体 - 数据手册 - RFW.0.2 代理服务技术支持采购服务

BTD5350单通道隔离式栅极驱动器

描述- BTD5350是一款单通道隔离栅极驱动器，具有高达10A的峰值输出电流，支持隔离电压最高可达5000Vrms。该产品适用于驱动IGBT和Si/SiC MOSFET，具有多种特性选项，包括米勒钳位、分输出和UVLO功能。BTD5350支持3.3V、5V和15V输入电压，并提供SOP-8和SOW-8封装选项。

型号- BTD5350 FAMILY,BTD5350SBWR,BTD5350,BTD5350SCWR,BTD5350EBPR,BTD5350XBX,BTD5350ECPR,BTD5350XCX,BTD5350M,BTD5350SBPR,BTD5350X,BTD5350MBWR,BTD5350SCPR,BTD5350ECWR,BTD5350S,BTD5350EBWR,BTD5350MCWR,BTD5350MBPR,BTD5350MCPR,BTD5350MX,BTD5350X SERIES,BTD5350SX,BTD5350EX,BTD5350E

2023-11-28 - 基本半导体 - 数据手册 - Rev.0.1 代理服务技术支持采购服务

BGH75N65HS1混合SiC分立器件

描述- 本资料介绍了BGH75N65HS1混合碳化硅离散器件，包括其特性、最大额定值、电气特性、动态特性、典型性能和应用领域。该器件采用 trench field stop IGBT技术，具有低导通压降、高速开关和高效率的特点。

型号- BGH75N65HS1

2023-10-09 - 基本半导体 - 数据手册 - Rev. 0.0 代理服务技术支持采购服务

【产品】车规级全碳化硅功率模块BMB200120P1，专为新能源汽车主逆变器应用设计

BMB200120P1是基本半导体为新能源汽车主逆变器应用推出的车规级全碳化硅功率模块。该模块采用业内主流的单面水冷散热形式，为高效电机控制器设计提供便利。单模块采用半桥拓扑形式，内部集成两单元1200V/200A碳化硅MOSFET和碳化硅续流二极管。单模块200A的输出电流能力可有效减少逆变器中功率器件数量，降低系统设计难度，同时提升系统可靠性。

2019-07-01 - 新产品代理服务技术支持采购服务

SiC科普 | 谈混合式IGBT——硅FRD的安全问题限制IGBT的开通速度

今天“SiC科普小课堂”，基本半导体市场部总监魏炜老师将继续为大家带来混合式IGBT话题第二讲，由于硅FRD反向恢复行为对杂散电感的敏感度很高，会限制IGBT开通速度，那么将硅FRD替换为碳化硅肖特基二极管后，会有什么不一样表现呢？

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BTD5350 单通道隔离型门极驱动器

描述- 本资料介绍了Basic Semiconductor的单通道隔离型门极驱动器BTD5350，包括其特性、应用、描述、功能框图、产品信息、管脚定义、规格参数、参数测试、功能描述和应用实例。

型号- BTD5350SBWR,BTD5350,BTD5350SCWR,BTD5350 系列,BTD5350EBPR,BTD5350ECPR,BTD5350M,BTD5350SBPR,BTD5350MBWR,BTD5350SCPR,BTD5350ECWR,BTD5350S,BTD5350EBWR,BTD5350MCWR,BTD5350MBPR,BTD5350MCPR,BTD5350E

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