SiC MOSFET vs Si IGBT: основные преимущества силовых устройств на основе карбида кремния

Введение

В современной мощной электронике полевой транзисторы на основе кремния - карбида (SiC MOSFET) быстро заменяют традиционные полупроводниковые изолированные - шлюзовые биполярные транзисторы на основе кремния (Si IGBT) в высокопроизводительных системах. Широкополосный характер SiC позволяет обеспечить более высокую эффективность, более быстрый переключатель и более компактный, термически прочный дизайн - преимущества, которые преображают приводы электромобилей, возобновляемую энергию, промышленную автоматизацию и аэрокосмические платформы питания.

Что такое SiC MOSFET?

SiC MOSFET - это полевой транзистор, изготовленный на основе кремния - карбида, широкополосного полупроводника (~3,26 эВ). Устройства характеризуются низким R_DS(on), минимальным обратным восстановлением и очень быстрым переключением, при этом обеспечивая надежную работу при повышенных температурах стыка (часто до 200 °C). Эти свойства обуславливают уменьшение потерь и уменьшение размеров магнитных элементов в переключаемых модулях питания и инвертерах.

Характеристики

Работа при высокой температуре (Tj = 175 °C) с низким сдвигом RDS(on) на всем диапазоне температур

Лидирующий на рынке уровень стабильности оксидной воротой (< 100 мВ сдвиг Vth) и срок службы оксидной воротой

Прочность при аваланше (> 100 тыс. импульсов)

Длительное время выдержки короткого замыкания

Преимущества

Более высокая частота переключения и эффективность

Более высокая плотность мощности

Повышенная прочность

Более компактные и легкие системы без необходимости в избыточности SiC - устройств

Улучшенные требования к охлаждению, что снижает стоимость системы

Наше преимущество

Несколько источников эпитаксии и два производства SiC обеспечивают долгосрочную поставку

Незамещаемая оценка аваланшного режима (UIS)

Самое длинное время выдержки оксидной воротой

Практика, основанная на потребностях клиентов, в отношении устаревания

Что такое Si IGBT?

Изолированный - шлюзовой биполярный транзистор (IGBT) сочетает вход с мошевым управлением с биполярным проводящим током. Полупроводниковые IGBT обеспечивают обработку больших токов и высокую прочность, но при отключении страдают от хвостовых токов, которые увеличивают потери при переключении и ограничивают используемую частоту. Они остаются привлекательными для платформ, чувствительных к цене, или для старых конструкций, оптимизированных для более низких частот.

Преимущества SiC MOSFET

1) Высокая эффективность

Низкие потери при переключении и при пропускании тока в SiC напрямую повышают эффективность преобразователя и уменьшают генерацию тепла. За время жизни продукта это позволяет сэкономить значительную сумму на энергии и облегчить тепловой дизайн.

2) Быстрый скорость переключения

Без хвостовых токов неосновных носителей SiC MOSFET переключаются в разы быстрее, чем IGBT. Конструкторы могут повысить частоту переключения, чтобы уменьшить размеры магнитных элементов и фильтров, повысив плотность мощности.

3) Работа при высоких температурах

Квалифицированные SiC - устройства сохраняют свою характеристики при температурах стыка около 200 °C, повышая прочность в автомобилях (под капотом), в аэрокосмической и тяжелой промышленной технике.

4) Нижние требования к охлаждению

Более низкие потери и лучшая теплопроводность означают более маленькие радиаторы и уменьшенный поток воздуха - что обуславливает снижение стоимости комплекта деталей (BOM), меньший шум и более маленькие корпуса.

5) Компактный дизайн системы

Более высокая частота переключения и более низкие потери позволяют создать компактные, легкие модули питания - что критично для инверторов тяги электромобилей, бортовых зарядных устройств (OBC), DC - DC - преобразователей и солнечных инверторов.

6) Надежность и долговечность

Сильные атомные связи в SiC обеспечивают высокую прочность при аваланше и скачках напряжения. С правильным управлением ворот и laying-out SiC - системы обеспечивают превосходную надежность в эксплуатации и долговечность.

Применения

• Электромобили: Инверторы тяги, OBC, высоковольтные DC - DC

• Возобновляемая энергия: Солнечные/ветровые инверторы, системы хранения энергии PCS

• Промышленные приводы: Высокоэффективные приводы переменной скорости

• Аэрокосмика/оборонная отрасль: Конверторы с высокой плотностью мощности

• Блоки питания серверов/телекоммуникаций: Высокочастотные AC - DC и DC - DC ступени

Часто задаваемые вопросы

Что такое SiC MOSFET?

Широкополосный мощный транзистор с низкими потерями, быстрым переключением и работой при высоких температурах - идеально подходит для компактных, эффективных преобразователей.

Когда все еще следует использовать Si IGBT?

Когда цена имеет решающее значение и частота переключения может оставаться низкой на платформах, уже оптимизированных для IGBT.

Требуются ли для SiC MOSFET другие драйверы?

Да - используйте драйверы, совместимые с SiC, с клеммой Миллера, правильными воротными сопротивлениями и тщательным управлением dV/dt.

Как SiC уменьшает размеры магнитных элементов?

Более высокая частота переключения уменьшает требуемую индукцию и емкость, уменьшая размеры трансформаторов,’inductors и фильтров.

Всегда ли SiC дороже?

Стоимость устройства выше, но общая стоимость системы часто снижается из - за меньших пассивных элементов и охлаждения, а также более низких потерь при работе.