【经验】解析SiC器件不能取代IGBT的原因

时间： 2022-01-20 来源：SLKOR

技术问答

本文SLKOR将介绍为什么SiC器件不能取代IGBT，具体原因如下：

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，以及应用中碳化硅器件替代IGBT后，整个电路中驱动电容电阻的成本。除非厂家推，而且真的可以降低成本，提高性能。毕竟，采用新事物会花费很多。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偏高，一般是同类Si产品的10倍左右。虽然未来碳化硅(SiC)器件以技术进步和成本降低取代IGBT是必然的，性能可能很强，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。

图 1

碳化硅器件的应用优势明显。
高效，高可靠：SiC BJT产品可实现高效率、高电流密度和高可靠性，并可在高温下顺利工作。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没有什么不同。SiC BJT实际上拥有所有IGBT的优势，同时解决了IGBT设计中的所有瓶颈。由于IGBT是电压驱动，SiC BJT是电流驱动，设计工程师一开始可能不习惯用SiC BJT替代IGBT，但飞兆半导体等器件供应商一般会提供参考设计，帮助工程师设计驱动电路。未来引入专用驱动芯片后，使用SiC BJT将更加容易。

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传导损耗，室温下Ron小于2.2毫欧姆。SiC BJT可以提供最小的总损失，包括驱动器损耗。碳化硅BJT是有史以来效率最高的1200伏电源转换开关。SiC BJT实现了更高的开关频率，其导通和开关损耗低于IGBT (30-50%)，因此在相同尺寸的系统中，输出功率最高可提高40%。从400伏到800伏的2KW升压电路用硅IGBT实现时只能达到25KHz的开关频率，需要5个薄膜电容。但用SiC BJT实现时，可以达到72KHz的开关频率，并且只需要两个薄膜电容，将散热器和电感的尺寸减小了三分之一，即可以使用更小的电感，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最大的缺点是开关速度慢，工作频率低。当它在关断的时候，一个电流尾将导致关断损失。SiC BJT的开关速度快，没有IGBT 关断作为电流尾，所以开关损耗很低。在相同的额定耐压下，SiC BJT的导通电阻也低于IGBT的VCE(sat)，可以降低导通损耗。

SiC BJT最好的应用是3000W以上功率的电源设计。这些电源中的许多使用IGBT作为开关设备，以实现成本和效率的优化。如果设计工程师用SiC BJT代替IGBT，很容易大大提高电源的开关频率，从而减小产品体积，提高转换效率。由于频率的提高，在设计上也可以减少外围电路所需的电感和电容的数量，有助于节约成本。另一方面，SiC BJT的开关速度非常快，可以在不到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，可以进一步降低传导损耗。碳化硅BJT的高温稳定性和低漏电流已经超过了IGBT和MOSFET。此外，它的内阻随着正温度系数而变化，因此可以很容易地并联用于大功率电源设计。

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