為什么碳化硅MOSFET會取代IGBT?

 

碳化硅MOSFET和IGBT都是功率器件，但它們具有不同的特性。碳化硅MOSFET具有更高的開關速度、更低的導通電阻、更高的耐壓和更高的結溫，因此在高頻、高壓和高功率應用中具有優勢。IGBT具有更高的可靠性和更高的抗短路能力，因此在一些特殊應用中仍具有優勢。SiC碳化硅MOSFET技術性能上的優勢，使變換器的設計可以變得更有效率，單個逆變器的額定功率得以進一步提高，從而降低整體系統成本。

 

IGBT芯片技術不斷發展，但是從一代芯片到下一代芯片獲得的改進幅度越來越小。這表明IGBT每一代新芯片都越來越接近材料本身的物理極限。SiC MOSFET寬禁帶半導體提供了實現半導體總功率損耗的顯著降低的可能性。使用SiC MOSFET可以降低開關損耗，從而提高開關頻率。進一步的，可以優化濾波器組件，相應的損耗會下降，從而全面減少系統損耗。通過采用低電感SiC MOSFET功率模塊，與同樣封裝的Si IGBT模塊相比，功率損耗可以降低約70%左右，可以將開關頻率提5倍（實現顯著的濾波器優化），同時保持最高結溫低于最大規定值。

 

為了保持電力電子系統競爭優勢，同時也為了使最終用戶獲得經濟效益，一定程度的效率和緊湊性成為每一種電力電子應用功率轉換應用的優勢所在。隨著IGBT技術到達發展瓶頸，加上SiC MOSFET絕對成本持續下降，使用SiC MOSFET替代升級IGBT已經成為各類型電力電子應用的主流趨勢。

 

光伏逆變器，電動汽車，儲能變流器，充電樁電源模塊等電力電子系統向更高電壓發展已經成為行業的必然趨勢，這對半導體器件也提出了高耐壓要求。

相比于硅基高壓器件，碳化硅開關器件擁有更高的頻率和更小的導通電阻以及開關損耗，在大功率或超大功率應用領域有著天然的應用優勢，也必將伴隨著應用的發展向著更高的電壓等級蓄力發展。

 

傾佳電子（Changer Tech）致力于國產碳化硅（SiC）MOSFET功率器件在電力電子市場的推廣！Changer Tech-Authorized Distributor of BASiC Semiconductor which committed to the promotion of BASiC™ silicon carbide (SiC) MOSFET power devices in the power electronics market!

 

國產SiC碳化硅MOSFET功率器件可靠性及一致性如何確保？

電力電子系統研發制造商一般需要碳化硅MOSFET功率器件供應商提供可靠性測試報告的原始數據和器件封裝的FT數據。

SiC碳化硅MOSFET可靠性報告原始數據主要來自以下可靠性測試環節的測試前后的數據對比，通過對齊可靠性報告原始數據測試前后漂移量的對比，從而反映器件的可靠性控制標準及真實的可靠性裕量。SiC碳化硅MOSFET可靠性報告原始數據主要包括以下數據:

SiC碳化硅MOSFET高溫反偏

High Temperature Reverse Bias HTRB Tj=175℃

VDS=100%BV

SiC碳化硅MOSFET高溫柵偏（正壓）

High Temperature Gate Bias（+） HTGB（+） Tj=175℃

VGS=22V

SiC碳化硅MOSFET高溫柵偏（負壓）

High Temperature Gate Bias（-） HTGB（-） Tj=175℃

VGS=-8V

SiC碳化硅MOSFET高壓高濕高溫反偏

High Voltage, High Humidity, High Temp. Reverse Bias HV-H3TRB Ta=85℃

RH=85%

VDS=80%BV

SiC碳化硅MOSFET高壓蒸煮

Autoclave AC Ta=121℃

RH=100%

15psig

SiC碳化硅MOSFET溫度循環

Temperature Cycling TC -55℃ to 150℃

SiC碳化硅MOSFET間歇工作壽命

Intermittent Operational Life IOL △Tj≥100℃

Ton=2min

Toff=2min

FT數據來自碳化硅MOSFET功率器件FT測試(Final Test，也稱為FT)是對已制造完成的碳化硅MOSFET功率器件進行結構及電氣功能確認，以保證碳化硅MOSFET功率器件符合系統的需求。

通過分析碳化硅MOSFET功率器件FT數據的關鍵數據（比如V(BR)DSS，VGS(th)，RDS(on)，

IDSS）的正態分布，可以定性碳化硅MOSFET功率器件材料及制程的穩定性，這些數據的定性對電力電子系統設計及大批量制造的穩定性也非常關鍵。

 

從目前來看，碳化硅MOSFET在以下應用中已經開始取代IGBT：

 

電動汽車：碳化硅MOSFET可以顯著提高電動汽車的效率和續航里程，因此在電動汽車的牽引逆變器中得到了廣泛應用。

光伏發電：碳化硅MOSFET可以提高光伏發電系統的效率和功率密度，因此在光伏逆變器中得到了廣泛應用。

軌道交通：碳化硅MOSFET可以提高軌道交通系統的效率和可靠性，因此在軌道交通的變流器中得到了廣泛應用。

隨著碳化硅MOSFET技術的不斷發展和成本的不斷降低，碳化硅MOSFET將在更多的應用中取代IGBT。

 

具體來說，碳化硅MOSFET在以下方面具有優勢：

 

開關速度：碳化硅MOSFET的開關速度是IGBT的2-3倍，這意味著碳化硅MOSFET可以實現更高的開關頻率，從而降低功率損耗。

導通電阻：碳化硅MOSFET的導通電阻是IGBT的1/3左右，這意味著碳化硅MOSFET可以降低功耗。

耐壓：碳化硅MOSFET的耐壓可以達到IGBT的2-3倍，這意味著碳化硅MOSFET可以應用于更高電壓的場合。

結溫：碳化硅MOSFET的結溫可以達到IGBT的2倍以上，這意味著碳化硅MOSFET可以應用于更高溫度的場合。

當然，碳化硅MOSFET也存在一些不足，例如：

 

成本：碳化硅MOSFET的成本目前仍高于IGBT。

可靠性：碳化硅MOSFET的可靠性與IGBT相比仍存在一定差距。

隨著技術的不斷發展和成本的不斷降低，碳化硅MOSFET的優勢將更加明顯，取代IGBT的趨勢將更加明顯。

 

傾佳電子（Changer Tech）專業分銷BASiC基本™碳化硅SiC功率MOSFET,BASiC基本™碳化硅MOSFET模塊，BASiC基本™單管IGBT，BASiC基本™IGBT模塊，BASiC基本™三電平IGBT模塊，BASiC基本™I型三電平IGBT模塊，BASiC基本™T型三電平IGBT模塊，BASiC基本™混合SiC-IGBT單管，BASiC基本™混合SiC-IGBT模塊，單通道隔離驅動芯片BTD5350,雙通道隔離驅動芯片BTD21520,單通道隔離驅動芯片（帶VCE保護）BTD3011,BASiC基本™混合SiC-IGBT三電平模塊應用于光伏逆變器，雙向AC-DC電源，戶用光伏逆變器，戶用光儲一體機，儲能變流器，儲能PCS,雙向LLC電源模塊，儲能PCS-Buck-Boost電路，光儲一體機,PCS雙向變流器，三相維也納PFC電路,三電平LLC直流變換器,移相全橋拓撲等新能源領域。在光伏逆變器、光儲一體機、儲能變流器PCS、OBC車載充電器，熱管理電動壓縮機驅動器，射頻電源，PET電力電子變壓器，氫燃料空壓機驅動，大功率工業電源，工商業儲能變流器，變頻器，變槳伺服驅動輔助電源，高頻逆變焊機，高頻伺服驅動，AI服務器電源，算力電源，數據中心電源，機房UPS等領域與客戶戰略合作，全力支持中國電力電子工業發展！

 

傾佳電子（Changer Tech）專業分銷基本™隔離驅動IC產品主要有BTD21520xx是一款雙通道隔離門極驅動芯片，輸出拉灌峰值電流典型值4A/6A，絕緣電壓高達5000Vrms@SOW14封裝、3000Vrms@SOP16封裝；抗干擾能力強，高達100V/ns；低傳輸延時至45ns；分別提供 3 種管腳配置：BTD21520M提供禁用管腳（DIS）和死區設置（DT）,BTD21520S提供禁用管腳（DIS)， BTD21520E 提供單一PWM輸入；副邊VDD欠壓保護點兩種可選：分別是5.7V和8.2V。主要規格有BTD21520MAWR，BTD21520MBWR，BTD21520SAWR，BTD21520SBWR，BTD21520EAWR，BTD21520EBWR，‍BTD21520MAPR，BTD21520MBPR，BTD21520SAPR，BTD21520SBPR，BTD21520EAPR，BTD21520EBPR，BTD5350xx是一款單通道隔離門極驅動IC，輸出峰值電流典型值10A, 絕緣電壓高達5000Vrms@SOW8封裝，3000Vrms@SOP8封裝；抗干擾能力強，高達100V/ns；傳輸延時低至60ns；分別提供 3 種管腳配置：BTD5350M 提供門極米勒鉗位功能，BTD5350S 提供獨立的開通和關斷輸出管腳，BTD5350E 對副邊的正電源配置欠壓保護功能；副邊VCC欠壓保護點兩種可選：分別是8V和11V。主要規格有BTD5350MBPR，BTD5350MCPR，BTD5350MBWR，BTD5350MCWR，BTD5350SBPR，BTD5350SCPR，BTD5350SBWR‍，BTD5350SCWR，BTD5350EBPR，BTD5350ECPR，BTD5350EBWR，BTD5350ECWR，BTD3011R是一款單通道智能隔離門極驅動芯片，采用磁隔離技術；絕緣電壓高達5000Vrms@SOW16封裝；輸出峰值電流典型值15A；管腳功能集成功率器件短路保護和短路保護后軟關斷功能，集成原副邊電源欠壓保護；集成副邊電源穩壓器功能，此穩壓器可以根據副邊電源輸入電壓，使驅動管腳自動分配正負壓，適用在給電壓等級1200V以內的IGBT或者碳化硅 MOSFET驅動。BTL2752x 系列是一款雙通道、高速、低邊門極驅動器，輸出側采用軌到軌方式；拉電流與灌電流能力可高達 5A，上升和下降時間低至 7ns 與 6ns；芯片的兩個通道可并聯使用，以增強驅動電流能力；信號輸入腳最大可抗-5V的持續負壓，支持4個標準邏輯選項：BTL27523帶使能雙路反相，BTL27523B不帶使能雙路反相 和 BTL27524帶使能雙路同相，BTL27524B不帶使能雙路同相。主要規格：BTL27523R，BTL27523BR，BTL27524R，BTL27524BR

 

傾佳電子（Changer Tech）專業分銷基本™國產車規級碳化硅(SiC)MOSFET，國產車規級AEC-Q101碳化硅(SiC)MOSFET，國產車規級PPAP碳化硅(SiC)MOSFET，全碳化硅MOSFET模塊，Easy封裝全碳化硅MOSFET模塊，62mm封裝全碳化硅MOSFET模塊，Full SiC Module，SiC MOSFET模塊適用于超級充電樁，V2G充電樁，高壓柔性直流輸電智能電網(HVDC)，空調熱泵驅動，機車輔助電源，儲能變流器PCS,光伏逆變器,超高頻逆變焊機，超高頻伺服驅動器，高速電機變頻器等，光伏逆變器專用直流升壓模塊BOOST Module，儲能PCS變流器ANPC三電平碳化硅MOSFET模塊，光儲碳化硅MOSFET。專業分銷基本™SiC碳化硅MOSFET模塊及分立器件，全力支持中國電力電子工業發展！

 

汽車級全碳化硅功率模塊是BASiC基本™為新能源汽車主逆變器應用需求而研發推出的系列MOSFET功率模塊產品，包括Pcore™6‍汽車級HPD模塊、‍Pcore™2‍汽車級DCM模塊、‍Pcore™1‍汽車級TPAK模塊、Pcore™2‍汽車級ED3模塊等，采用銀燒結技術等BASiC基本™最新的碳化硅 MOSFET 設計生產工藝，綜合性能達到國際先進水平，通過提升動力系統逆變器的轉換效率，進而提高新能源汽車的能源效率和續航里程。主要產品規格有：BMS800R12HWC4_B02，BMS600R12HWC4_B01，BMS950R12HWC4_B02，BMS700R12HWC4_B01，BMS800R12HLWC4_B02，BMS600R12HLWC4_B01，BMS950R12HLWC4_B02，BMS700R12HLWC4_B01，BMF800R12FC4，BMF600R12FC4，BMF950R08FC4，BMF700R08FC4，BMZ200R12TC4，BMZ250R08TC4

 

傾佳電子（Changer Tech）專業分銷BASiC基本™碳化硅(SiC)MOSFET專用雙通道隔離驅動芯片BTD25350，原方帶死區時間設置，副方帶米勒鉗位功能，為碳化硅功率器件SiC MOSFET驅動而優化。

BTD25350適用于以下碳化硅功率器件應用場景：

充電樁中后級LLC用SiC MOSFET 方案

光伏儲能BUCK-BOOST中SiC MOSFET方案

高頻APF，用兩電平的三相全橋SiC MOSFET方案

空調壓縮機三相全橋SiC MOSFET方案

OBC后級LLC中的SIC MOSFET方案

服務器交流側圖騰柱PFC高頻臂GaN或者SiC方案

 

傾佳電子（Changer Tech）專業分銷的BASiC基本™第二代SiC碳化硅MOSFET兩大主要特色：

 

1.出類拔萃的可靠性：相對競品較為充足的設計余量來確保大規模制造時的器件可靠性。

BASiC基本™第二代SiC碳化硅MOSFET 1200V系列擊穿電壓BV值實測在1700V左右，高于市面主流競品，擊穿電壓BV設計余量可以抵御碳化硅襯底外延材料及晶圓流片制程的擺動，能夠確保大批量制造時的器件可靠性，這是BASiC基本™第二代SiC碳化硅MOSFET最關鍵的品質. BASiC基本™第二代SiC碳化硅MOSFET雪崩耐量裕量相對較高，也增強了在電力電子系統應用中的可靠性。

 

2.可圈可點的器件性能：同規格較小的Crss帶來出色的開關性能。

BASiC基本™第二代SiC碳化硅MOSFET反向傳輸電容Crss 在市面主流競品中是比較小的，帶來關斷損耗Eoff也是市面主流產品中非常出色的，優于部分海外競品，特別適用于LLC應用，典型應用如充電樁電源模塊后級DC-DC應用。

 

Basic™ (BASiC Semiconductor) second generation SiC silicon carbide MOSFET has two main features:

1. Outstanding reliability: Compared with competing products, there is sufficient design margin to ensure device reliability during mass manufacturing.

The breakdown voltage BV value of BASiC Semiconductor's second-generation SiC silicon carbide MOSFET 1200V series is measured to be around 1700V, which is higher than mainstream competing products on the market. The breakdown voltage BV design margin can withstand silicon carbide substrate epitaxial materials and wafers. The swing of the tape-out process can ensure device reliability during mass manufacturing, which is the most critical quality of BASiC Semiconductor’s second-generation SiC silicon carbide MOSFET. BASiC Semiconductor’s second-generation SiC silicon carbide MOSFET The relatively high avalanche tolerance margin also enhances reliability in power electronic system applications.

2. Remarkable device performance: Smaller Crss with the same specifications brings excellent switching performance.

BASiC Semiconductor's second-generation SiC silicon carbide MOSFET reverse transmission capacitor Crss is relatively small among mainstream competing products on the market, and its turn-off loss Eoff is also very good among mainstream products on the market, better than some overseas competing products. , especially suitable for LLC applications, typical applications such as charging pile power module downstream DC-DC applications.

 

Ciss：輸入電容（Ciss＝Cgd＋Cgs） ⇒柵極-漏極和柵極-源極電容之和：它影響延遲時間；Ciss越大，延遲時間越長。BASiC基本™第二代SiC碳化硅MOSFET 優于主流競品。

Crss：反向傳輸電容（Crss＝Cgd） ⇒柵極-漏極電容：Crss越小，漏極電流上升特性越好，這有利于MOSFET的損耗，在開關過程中對切換時間起決定作用，高速驅動需要低Crss。

Coss：輸出電容（Coss＝Cgd＋Cds）⇒柵極-漏極和漏極-源極電容之和：它影響關斷特性和輕載時的損耗。如果Coss較大，關斷dv／dt減小，這有利于噪聲。但輕載時的損耗增加。

 

傾佳電子（Changer Tech）專業分銷的基本™B2M第二代碳化硅MOSFET器件主要特色：

• 比導通電阻降低40%左右

• Qg降低了60%左右

• 開關損耗降低了約30%

• 降低Coss參數，更適合軟開關

• 降低Crss，及提高Ciss/Crss比值,降低器件在串擾行為下誤導通風險

• 最大工作結溫175℃• HTRB、 HTGB+、 HTGB-可靠性按結溫Tj=175℃通過測試

• 優化柵氧工藝，提高可靠性

• 高可靠性鈍化工藝

• 優化終端環設計，降低高溫漏電流

• AEC-Q101

 

傾佳電子（Changer Tech）專業分銷的基本™第二代碳化硅SiC MOSFET主要有B2M160120H，B2M160120Z，B2M160120R，B2M080120H,B2M080120Z，B2M080120R，B2M018120H，B2M018120Z，B2M020120Y，B2M065120H，B2M065120Z，B2M065120R，B2M040120H，B2M040120Z，B2M040120R，B2M032120Y，B2M018120Z。適用大功率電力電子裝置的SiC MOSFET模塊，半橋SiC MOSFET模塊，ANPC三電平碳化硅MOSFET模塊，T型三電平模塊，MPPT BOOST SiC MOSFET模塊。

B2M032120Y國產替代英飛凌IMZA120R030M1H，安森美NTH4L030N120M3S以及C3M0032120K。

B2M040120Z國產替代英飛凌IMZA120R040M1H，安森美NTH4L040N120M3S，NTH4L040N120SC1以及C3M0040120K，意法SCT040W120G3-4AG。

B2M020120Y國產替代英飛凌IMZA120R020M1H，安森美NTH4L020N120SC1，NTH4L022N120M3S以及C3M0021120K，意法SCT015W120G3-4AG。

B2M1000170R國產代替英飛凌IMBF170R1K0M1，安森美NTBG1000N170M1以及C2M1000170J。

B2M065120H國產代替安森美NTHL070N120M3S。

B2M065120Z國產代替英飛凌IMZ120R060M1H，安森美NVH4L070N120M3S，C3M0075120K-A，意法SCT070W120G3-4AG。

B2M160120Z國產代替英飛凌AIMZHN120R160M1T，AIMZH120R160M1T

B2M080120Z國產代替英飛凌AIMZHN120R080M1T，AIMZH120R080M1T

B2M080120R國產代替英飛凌IMBG120R078M2H

B2M040120Z國產替代英飛凌AIMZHN120R040M1T，AIMZH120R040M1T

B2M040120R國產替代英飛凌IMBG120R040M2H

B2M018120R國產替代英飛凌IMBG120R022M2H

B2M018120Z國產替代英飛凌AIMZH120R020M1T，AIMZH120R020M1T

B2M065120Z國產替代英飛凌AIMZHN120R060M1T，AIMZH120R060M1T

 

正是由于SiC MOSFET的出色性能，其在光伏逆變器、UPS、ESS、電動汽車充電、燃料電池、電機驅動和電動汽車等領域都有越來越廣泛的應用。

 

碳化硅MOSFET具有優秀的高頻、高壓、高溫性能，是目前電力電子領域最受關注的寬禁帶功率半導體器件。在電力電子系統中應用碳化硅MOSFET器件替代傳統硅IGBT器件，可提高功率回路開關頻率，提升系統效率及功率密度，降低系統綜合成本。適用于高性能變換器電路與數字化先進控制、高效率 DC/DC 拓撲與控制，雙向 AC/DC、電動汽車車載充電機（OBC）/雙向OBC、車載電源、集成化 OBC ，雙向 DC/DC、多端口 DC/DC 拓撲與控制，直流配網的電力電子變換器。SiC MOSFET越來越多地用于高壓電源轉換器，因為它們可以滿足這些應用對尺寸、重量和/或效率的嚴格要求.