SiC器件的優(yōu)缺點(diǎn)！

在逆變器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電池充電器等應(yīng)用中，碳化硅(SiC)器件具有更高的功率密度、更低的冷卻要求和更低的整體系統(tǒng)成本等優(yōu)勢。

盡管SiC器件的成本高于其硅器件，但系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢（尤其是在1,200V時(shí)）足以彌補(bǔ)較高的器件成本。在600V或低于600V時(shí)，與硅相比優(yōu)勢微乎其微。SiC芯片需要專門設(shè)計(jì)的封裝和柵極驅(qū)動(dòng)器才能獲得優(yōu)勢。

SiC相對(duì)于硅的優(yōu)勢

通常，SiC在反向恢復(fù)階段損失的能量僅為硅損失能量的1%。幾乎沒有尾電流可以實(shí)現(xiàn)更快的關(guān)斷并顯著降低損耗。由于消耗的能量較少，SiC器件可以以更高的頻率進(jìn)行開關(guān)并提高效率。

碳化硅的效率更高、尺寸更小、重量更輕，可以創(chuàng)建更高額定值的解決方案或更小的設(shè)計(jì)，同時(shí)降低冷卻要求。

硅的性能會(huì)隨著溫度的升高而惡化，而SiC則要穩(wěn)定得多。硅器件通常在室溫下被過度指定以在更高溫度下保持規(guī)格。通常，具有一半額定電流的SiC器件將執(zhí)行與硅IGBT相同的工作，因?yàn)镾iC在較高溫度下更加穩(wěn)定并且不需要顯著降額。

SiC在10kV以上的電壓下運(yùn)行，大大高于目前可以使用的電壓?？商峁╊~定電壓為1,200V和1,700V的SiC器件。由于電弧、漏電和間隙等問題，封裝已成為限制因素——而非半導(dǎo)體技術(shù)。

降低損失

SiC模塊中能量損失的主要來源是傳導(dǎo)損失。作為一種寬帶隙材料，SiC具有低柵極電荷，這意味著SiC使器件開關(guān)所需的能量要少得多。

由于反向恢復(fù)能量和尾電流的顯著改善，二極管開關(guān)損耗幾乎被消除。開關(guān)傳導(dǎo)損耗是電阻性的，因此兩種技術(shù)的損耗相似。下一代SiC工藝有望進(jìn)一步改進(jìn)。

更高的頻率意味著減小磁性元件的尺寸和重量，因?yàn)樽儔浩鱈C濾波器中的元件值變得非常低。

SiC的平均故障時(shí)間(MTTF)是硅的10倍，對(duì)輻射和單事件故障的敏感度低30倍。然而，SiC的短路容限較低，因此需要快速響應(yīng)的柵極驅(qū)動(dòng)器。

對(duì)于低速應(yīng)用，較高頻率的開關(guān)通常不是優(yōu)勢。在這種情況下，SiC器件的成本溢價(jià)和額外的設(shè)計(jì)考慮是不合理的，這使得硅IGBT成為更合乎邏輯的解決方案。

SiC的可用性也有限。在600V/650V下，SiC器件的可用性很低，而且大部分都是分立元件。

硅IGBT在設(shè)計(jì)過程中需要較少的RFI問題緩解。不需要高性能柵極驅(qū)動(dòng)器來管理關(guān)斷或快速反應(yīng)以在發(fā)生短路時(shí)保護(hù)設(shè)備。

柵極驅(qū)動(dòng)器

SiC器件需要專門設(shè)計(jì)的柵極驅(qū)動(dòng)器。設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)硅IGBT的器件不支持SiC器件的開關(guān)速度，也不支持在發(fā)生短路時(shí)保護(hù)SiC器件所需的快速故障響應(yīng)時(shí)間。

它們還需要不同于硅IGBT對(duì)應(yīng)物的驅(qū)動(dòng)電壓。電壓軌通常是不對(duì)稱的，通常需要幾伏的負(fù)軌才能使設(shè)備完全關(guān)閉。

另一個(gè)考慮因素是SiC模塊需要增強(qiáng)關(guān)斷。更高的頻率/更硬的開關(guān)與更低的內(nèi)部損耗相結(jié)合會(huì)導(dǎo)致電流尖峰和振鈴問題。

增強(qiáng)或“軟”關(guān)斷使用中間電壓階躍來管理電流突然變化的影響并減輕振鈴。由于內(nèi)部損耗的抑制作用，硅器件受到的影響較小。

包裝問題

由于SiC帶來的性能改進(jìn)，封裝技術(shù)現(xiàn)在已成為主要限制因素——即使對(duì)于SiC優(yōu)化封裝也是如此、Infineon和Wolfspeed開發(fā)了專有的SiC封裝。

SiC封裝通常比硅更小、外形更薄且熱效率更高，但它們必須采用對(duì)稱布局設(shè)計(jì)以最大限度地減少環(huán)路電感。如果芯片安裝在傳統(tǒng)封裝中，SiC的優(yōu)勢并沒有得到體現(xiàn)，傳統(tǒng)封裝設(shè)計(jì)用于以較低頻率進(jìn)行開關(guān)，對(duì)上升和下降時(shí)間的要求更為寬松。由于波傳播效應(yīng)，非對(duì)稱設(shè)計(jì)在較高頻率下表現(xiàn)不佳。

如果要實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的優(yōu)勢，則必須使用SiC專用封裝和柵極驅(qū)動(dòng)器，這使得SiC成為新系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不錯(cuò)選擇。

　　審核編輯：湯梓紅

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逆變器(200806) 逆變器(200806)
IGBT(242707) IGBT(242707)
SiC(61351) SiC(61351)
柵極驅(qū)動(dòng)器(38561) 柵極驅(qū)動(dòng)器(38561)
碳化硅(47293) 碳化硅(47293)

評(píng)論

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現(xiàn)在想做個(gè)比較，比較一下飛思卡爾的K60的優(yōu)缺點(diǎn)和MSP430G2542的優(yōu)缺點(diǎn)，不知道是否有哪位高人告訴一下，感激不盡啊~~

2012-07-28 19:31:34

通用陣列邏輯GAL器件優(yōu)缺點(diǎn)分析

電子發(fā)燒友網(wǎng)核心提示：本文主要介紹通用陣列邏輯GAL的優(yōu)缺點(diǎn)。 1. GAL器件的優(yōu)點(diǎn) GAL是繼PAL之后具有較高性能的PLD，和 PAL相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）有較高的通用性和靈活性：它

2012-10-12 16:36:13

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觸摸屏優(yōu)缺點(diǎn)

觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。本視頻首先介紹了觸摸屏優(yōu)缺點(diǎn)，其次介紹了紅外觸摸屏的優(yōu)缺點(diǎn)，最后介紹了電容式觸摸屏優(yōu)缺點(diǎn)。

2018-11-23 16:56:19

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SiC器件的優(yōu)缺點(diǎn)介紹

、高功率密度的關(guān)鍵器件，目前電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)逆變器絕大部分是基于傳統(tǒng)Si（硅）器件IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）功率模塊的設(shè)計(jì)，存在開關(guān)頻率低、損耗大的缺點(diǎn)，制約了電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)器功率密度的提高。

2019-08-10 10:07:44

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