IGBT和SiC柵極驅(qū)動(dòng)器基礎(chǔ)知識(shí)（一）

?01前言 ?

大家好，看到TI一篇關(guān)于IGBT和SiC器件柵極驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的文檔，雖然比較基礎(chǔ)，但是概括的比較好，適合電力電子專業(yè)的初學(xué)者，總體內(nèi)容如下：

02? IGBT和SiC應(yīng)用市場有哪些？??

高效的電源轉(zhuǎn)換在很大程度上取決于系統(tǒng)中使用的功率半導(dǎo)體器件。由于功率器件技術(shù)不斷改進(jìn)，大功率應(yīng)用的效率越來越高并且尺寸越來越小。此類器件包括IGBT 和 SiC MOSFET，它們具有高電壓額定值、高電流額定值以及低導(dǎo)通和開關(guān)損耗，因此非常適合大功率應(yīng)用。體而言，總線電壓大于 400V 的應(yīng)用要求器件電壓額定值大于 650V，以留有足夠的裕度，從而確保安全運(yùn)行。包括工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車(EV/HEV)、牽引逆變器和可再生能源光伏逆變器在內(nèi)的應(yīng)用具有幾千瓦 (kW) 到一兆瓦 (MW) 甚至更高的功率水平。

SiC MOSFET 和 IGBT 的應(yīng)用具有相似的功率水平，但隨著頻率的增加而產(chǎn)生差異，如下圖所示。iC MOSFET 在功率因數(shù)校正電源、光伏逆變器、用于EV/HEV 的直流/直流、用于 EV 的牽引逆變器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和鐵路中變得越來越常見，而 IGBT 在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（交流電機(jī)），不間斷電源 (UPS)、小于 3kW 的集中式和串式光伏逆變器以及牽引逆變器 EV/HEV 中很常見。

??03?SiC器件比Si器件有何優(yōu)勢？??

Si MOSFET 和 IGBT 已在電源轉(zhuǎn)換器中使用了很長時(shí)間。不過，SiC MOSFET 已成為一項(xiàng)新技術(shù)，鑒于其固有的材料特性（寬帶隙 (WBG) 材料），其優(yōu)勢已超過這些器件。表 1 中總結(jié)了這些特性。與使用 Si 器件的系統(tǒng)相比，SiC 的材料特性可直接轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢，包括更小的尺寸、更低的成本以及更輕的重量。因此，SiCMOSFET 正在逐漸取代 Si 功率器件。關(guān)于寬禁帶半導(dǎo)體器件介紹，可以參考老耿以前的一篇文章：

什么是寬禁帶半導(dǎo)體？

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04?SiC MOS和Si IGBT MOS差異？??

Si MOSFET、Si IGBT 和 SiC MOSFET 均可用于電源應(yīng)用，但其功率水平、驅(qū)動(dòng)方法和工作模式有所不同。功率 IGBT 和 MOSFET 在柵極均由電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)?IGBT 內(nèi)部是一個(gè)驅(qū)動(dòng)雙極結(jié)型晶體管 (BJT) 的MOSFET。由于 IGBT 的雙極特性，它們以低飽和電壓承載很大的電流，從而實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通損耗。MOSFET 也具有低導(dǎo)通損耗，但取決于器件的漏源導(dǎo)通電阻 RDS(ON)與導(dǎo)通狀態(tài)電壓。Si MOSFET 承載的電流要小于IGBT，因此 IGBT 用于大功率應(yīng)用。MOSFET 用于重視高效率的高頻應(yīng)用。就器件類型而言，SiC MOSFET 與 Si MOSFET 相似。不過，SiC 是一種 WBG 材料，其特性允許這些器件在與IGBT 相同的高功率水平下運(yùn)行，同時(shí)仍然能夠以高頻率進(jìn)行開關(guān)。這些特性可轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)優(yōu)勢，包括更高的功率密度、更高的效率和更低的熱耗散。

　　審核編輯：湯梓紅