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SiC功率元器件

所谓SiC-MOSFET

与IGBT的区别

上一章针对与Si-MOSFET的区别,介绍了关于SiC-MOSFET驱动方法的两个关键要点。本章将针对与IGBT的区别进行介绍。

与IGBT的区别:Vd-Id特性

Vd-Id特性是晶体管最基本的特性之一。下面是25℃和150℃时的Vd-Id特性。

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请看25℃时的特性图表。SiC及Si MOSFET的Id相对Vd(Vds)呈线性增加,但由于IGBT有上升电压,因此在低电流范围MOSFET元器件的Vds更低(对于IGBT来说是集电极电流、集电极-发射极间电压)。不言而喻,Vd-Id特性也是导通电阻特性。根据欧姆定律,相对Id,Vd越低导通电阻越小,特性曲线的斜率越陡,导通电阻越低。

IGBT的低Vd(或低Id)范围(在本例中是Vd到1V左右的范围),在IGBT中是可忽略不计的范围。这在高电压大电流应用中不会构成问题,但当用电设备的电力需求从低功率到高功率范围较宽时,低功率范围的效率并不高。

相比之下,SiC MOSFET可在更宽的范围内保持低导通电阻。

此外,可以看到,与150℃时的Si MOSFET特性相比,SiC、Si-MOSFET的特性曲线斜率均放缓,因而导通电阻增加。但是,SiC-MOSFET在25℃时的变动很小,在25℃环境下特性相近的产品,差距变大,温度增高时SiC MOSFET的导通电阻变化较小。

与IGBT的区别:关断损耗特性

前面多次提到过,SiC功率元器件的开关特性优异,可处理大功率并高速开关。在此具体就与IGBT开关损耗特性的区别进行说明。

众所周知,当IGBT的开关OFF时,会流过元器件结构引起的尾(tail)电流,因此开关损耗增加是IGBT的基本特性。

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比较开关OFF时的波形可以看到,SiC-MOSFET原理上不流过尾电流,因此相应的开关损耗非常小。在本例中,SiC-MOSFET+SBD(肖特基势垒二极管)的组合与IGBT+FRD(快速恢复二极管)的关断损耗Eoff相比,降低了88%。

还有重要的一点是IGBT的尾电流随温度升高而增加。顺便提一下,SiC-MOSFET的高速驱动需要适当调整外置的栅极电阻Rg。这在前文“与Si-MOSFET的区别”中也提到过。

与IGBT的区别:导通损耗特性

接下来看开关导通时的损耗。

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IGBT在开关导通时,流过Ic(蓝色曲线)用红色虚线圈起来部分的电流。这多半是二极管的恢复电流带来的,是开关导通时的一大损耗。请记住:在并联使用SiC-SBC时,加上恢复特性的快速性,MOSFET开关导通时的损耗减少;FRD成对时的开关导通损耗与IGBT的尾电流一样随温度升高而增加。

总之,关于开关损耗特性可以明确的是:SiC-MOSFET优于IGBT。

另外,这里提供的数据是在ROHM试验环境下的结果。驱动电路等条件不同,结果也可能不同。

关键要点:

・SiC-MOSFET在Vd-Id特性方面,导通电阻特性的变化呈直线型,因此在低电流范围优于IGBT。

・SiC-MOSFET的开关损耗大大低于IGBT。