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为什么SiC器件不能取代IGBT?

发布时间:2022-03-17作者来源:萨科微浏览:673

为什么SiC器件不能取代 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。
IGBT
  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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