Si IGBT和SiC MOSFET混合器件特性解析

來源：54攻城獅

大電流 Si IGBT 和小電流 SiC MOSFET 兩者并聯(lián)形成的混合器件實現(xiàn)了功率器件性能和成本的折衷。 但是SIC MOS和Si IGBT的器件特性很大不同。為了盡可能在不同工況下分別利用Si IGBT和SiCMOSFET器件在不同電流下的優(yōu)異特性，一般會將的Si-IGBT和 SiC-MOSFET按照一定比例進行混合并聯(lián)使用。

圖1 Si IGBT/SiC MOSFET混合器件結(jié)構(gòu)和導通特性

導通特性。Si/SiC 混合器件由功率器件 IGBT 與SiC MOSFET并聯(lián)組成，如圖1所示。 當Si/SiC混合器件的負載電流較小時，由于IGBT 開啟電壓的存在，Si/SiC 混合器件的負載電流全部流經(jīng)導通電阻極低的SiC MOSFET，近似SiC的導通特性。

當Si/SiC 混合器件處于穩(wěn)態(tài)導通時，正向電流被并聯(lián)的SiC MOSFET和Si IGBT自動分流。當Si/SiC 混合器件的負載電流較大時，負載電流由 SiC MOSFET 與IGBT并聯(lián)導通共同承擔，Si/SiC混合器件內(nèi)部負載電流分配關系由二者的導通電阻決定。實 際上，混合器件與SiC MOSFET或Si IGBT類似，也具有正溫度特性。

由于Si IGBT開關速度慢，且有拖尾電流損耗，單極性的SiC MOSFET開關損耗遠小于雙極性的Si IGBT。

開通特性。SiC MOSFET由于開關速度快，且在開通過程沒有漂移區(qū)電導調(diào)制，會先于Si IGBT的開通使得混合器件的開通速度接近SiC MOSFET，獲得更小的開通損耗。如果想要減緩了SiC MOSFET的體二極管反向恢復振蕩，可以外面再并聯(lián)一個Si FRD，但是會帶來成本增加。

而SiC MOSFET由于開關速度快，且在開通過程沒有漂移區(qū)電導調(diào)制，從而在開關過程會承擔相比于穩(wěn)態(tài)下更 多的電流，從而使SiC MOSFET多承擔了一部分損耗。

關斷特性。SiC MOSFET由于開關速度快且沒有少子復合導致的拖尾電流，會先于Si IGBT關斷，整體上關斷速度接近于Si IGBT。但是因為 SiC MOSFET參與部分關斷，相比單獨的Si IGBT整體提升了關斷速度，減小了關斷損耗 。SiC MOSFET器件參與更多的開通和更少的關斷，使得整體開關損耗較只有Si IGBT 器件更優(yōu) 。

圖2 Si/SiC混合器件開關暫態(tài)過程簡化波形圖