碳化硅和IGBT的区别.docx

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1、碳化硅和IGBT的区别目录1. IGBT概念12. SiC模块与IGBT模块的区别2?S1C模块与IGBT模块在应用的差别：23. 1.概述33.2. 碳化硅和IGBT的区别33.2.1. 2.1.结构差异：33.2.2. 材料特性：33.2.3. 开关特性：43.2.4. 散热和温度特性：43.2.5. 应用领域：43.3.开通关断4?短路保护6?碳化硅MOSFET驱动的干扰及延迟71IGBT概念绝缘栅双极晶体管(InSUIate-GateBipo1arTransistor一IGBT)综合了电力晶体管(GiantTranSiStOrGTR)和电力场效应晶体管(PoWerMOSFET)的优点，

2、具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。绝缘栅双极晶体管(InSU1ate-GateBipo1arTransistorIGBT)综合了电力晶体管(GiantTranSiStOrGTR)和电力场效应晶体管(PoWerMOSFET)的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。IGBTfInsu1atedGateBipo1arTranSiStor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流IOA以上、频率为IkHZ以上的区域。多使用在

3、工业用电机、民用小容量电机、变换器(逆变器)、照相机的频闪观测器、感应加热(IndUCtionHeating)电饭锅等领域。根据封装的不同，IGBT大致分为两种类型，一种是模压树脂密封的三端单体封装型,从TO3P到小型表面贴装都已形成系列。另一种是把IGBT与FWD(F1eeWheeIDiode)成对地(2或6组)封装起来的模块型，主要应用在工业上。模块的类型根据用途的不同，分为多种形状及封装方式，都已形成系列化。IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。MOSFET由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率

4、MOSFET具有RDS(On)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(On)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT高出很多。IGBT较低的压降，转换成一个低VCE(Sat)的能力，以及IGBT的结构，与同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。(a)1GBT基本结构2. SiC模块与IGBT模块的区别1材料差异：SiC是宽禁带材料，而igbt是基于硅的材料。SiC具有更高的击穿电场强度、更高的热导率、更高的工作温度和更小的芯片面积等优势。2.开关特性差异：SiC-MOSFET

5、是单极器件，没有尾电流，因此能实现更快的开关速度和更低的开关损耗。而igbt是双极器件，存在尾电流，开关速度受限，开关损耗较大。3.应用领域差异：SiC-MOSFET适用于高压、高频、高效的电力转换应用，如新能源汽车、风力发电、光伏逆变等。而igbt适用于中低压、中低频、大电流的电力转换应用，例如工业驱动、轨道交通、变频空调等。?.SIC模块与IGBT模块在应用的差别：3.1. 概述IGBT和碳化硅MOSFET在驱动方面具有显著的电气参数特性差异。碳化硅MOSFET对于驱动的要求与传统硅器件也存在差异，主要表现在GS开通电压、GS关断电压、短路保护、信号延迟和抗干扰等几个方面。具体如下：表I1

6、GBT模块格性图GBT啖桂MOSFFr9勖IM!求低30kHzM5O-SO0Hz果用大WcIS电电.优化敝热瓯提高DCDC变会电喇蚌.降低驱动功率整体根耗.0a的5V-6V1.6V-4.5V负压关IR/米勒钳位防止或开通(trtf)300nsSOns采用败字Sm蕤动芯片，可以达到信号传螭廷迟50ns.并自具有比较鬲的一依性,传输抖动小于5ns;速用盛传喻延时揖挽芯片.关断电压ISV-ISV-SV1SV-22V-SV-OV优先息负任,保证关断电压冷定.增加负房的位电保证关断时帔负压不超标.运Ia耐爱时间1gs2-5s果用二枚首或电用串嗜辍,也珞保护最短时间限tmsse.CMU1SkVs100kV

7、s采用共畏抗雌力达到IOOkw5的RW芯片迸行信号传输；果用优化的网离变压器设计,原边与次边果用WeJS.我少相互同电扰.米厕位，防止局轿胃管3. 而称怒瓢普闹礴IB4. 2.碳化硅和IGBT的区别碳化硅(Sie)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)都是在电子领域中常见的器件。虽然它们都用于功率电子应用，但在结构、材料、性能和应用方面存在一些显著差异。本文将详细介绍碳化硅和IGBT的区别。3. 2.1.结构差异：碳化硅是一种化合物半导体材料，由碳原子和硅原子组成。它具有非常高的熔点和热导性，使其在高温和高功率应用中具有出色的性能。碳化硅晶体管的结构通常更复杂，由多个寄生二极管组成，因此其电子流动路

8、径更复杂。IGBT是一种双极型晶体管，由一个PNPN结构组成,集成了简单的MOSFET和双极型晶体管的优点。它具有较高的开关速度和较低的导通压降，适用于高频应用。IGBT的结构相对简单，只需要一个控制端口。4. 2.2.材料特性：碳化硅的主要特点是它的宽禁带宽度和较高的击穿电场强度。这使得碳化硅器件更能够在高压力和高温下工作，具有更高的耐压和散热性能。止匕外，碳化硅的载流子迁移率也较高，使得电流通过器件时电阻和损耗较低，具有更高的效率。IGBT通常以硅为基础材料。虽然硅材料的禁带宽度较窄，但IGBT仍然能够在低功率应用中提供令人满意的性能。然而,在高压、高频和高温应用中JGBT的限制和损耗相对

9、较高。3. 2.3.开关特性：碳化硅晶体管具有更高的开关速度和较低的导通压降。这意味着碳化硅器件可以更快地切换，减少开关时的功率损耗。止匕外，由于碳化硅的导通电阻较低，其功耗也相对较小，可以提供更高的效率。相比之下，IGBT的开关速度较慢，导通过程中的压降也较大。这导致了较高的开关功耗和低效率。在高频应用中，这可能导致IGBT的限制。3. 2.4.散热和温度特性：碳化硅的热导率较高，能够更好地散热。它可以在更高的工作温度下工作，因此可以应用于更苛刻的环境条件下。碳化硅器件还可以减少散热设计的要求,减小散热器尺寸和重量。IGBT的散热性能较差，容易发热。在高功率应用中，必须采取适当的散热措施以保

10、持器件在可接受温度范围内运行。3. 2.5.应用领域：碳化硅晶体管适用于高温高压、高功率和高频率应用。其广泛应用于新能源领域，例如太阳能和风能系统中的逆变器，以及电动汽车中的驱动器。碳化硅还用于高速列车、高速电梯和航空航天领域。IGBT广泛应用于工业和电力领域的功率转换和控制。例如，电动机驱动器、变频空调、制冷系统、变压器和逆变器等。IGBT也被用于工业设备控制、电网稳定和电力传输。综合而言，碳化硅和IGBT在结构、材料、性能和应用领域等方面存在显著差异。碳化硅在高功率、高温和高频应用中具有优势，而IGBT在低功率应用和一般工业应用中更为常见。随着碳化硅技术的不断发展，它有望在更多领域取代传统

11、的硅基器件。4. 3.开通关断对于全控型开关器件，适配合适的开通关断电压对于确保器件的安全可靠性至关重要：1）硅IGBT：不同厂家的硅IGBT共同要求： 开通电压典型值为15V； 关断电压范围为-5V至-15V,用户可以根据需求选择适当的数值，常见的选择包括-8V、-IOV和-15V； 优先考虑稳定的正电压，以确保可靠的开通操作。图I1GBT模块2）碳化硅MOSFET：不同厂家的碳化硅MOSFET具有不同的开关电压要求: 开通电压要求较高，通常在22V至15V范围内； 关断电压要求较高，通常在-5V至-3V范围内； 优先考虑稳定的负电压，以确保可靠的关断操作； 添加负压钳位电路，以确保关断时负

12、压不超过规定限制。图2IGBT模块?.4.短路保护开关器件在运行过程中存在短路风险，配置合适的短路保护电路可以有效减少因短路而导致的器件损坏。与硅IGBT相比，碳化硅MOSFET具有更短的短路耐受时间。1）硅IGBT：硅IGBT的承受退保和短路时间一般小于10s,在设计硅IGBT的短路保护电路时，建议将短路保护的检测延时和响应时间设置为5-8s较为合适。图3IGBT模块2）碳化硅MOSFET：通常，碳化硅MOSFET模块的短路承受能力小于5s,因此短路保护需要在3s以内起作用。为了实现这一目标，可以采用二极管或电阻串联进行短路检测，并确保短路保护的最短时间限制在约15s左右。图4IGBT模块?

13、.5.碳化硅MOSFET驱动的干扰及延迟1）高dv/dt及di/dt对系统的影响：在高电压和大电流条件下进行开关操作时，器件的开关过程会产生高速的dv/dt和di/dt,对驱动电路造成影响。为了确保系统可靠运行，提高驱动电路的抗干扰能力至关重要，可以采取以下措施： 在输入电源中添加共模扼流圈和滤波电感，以减小驱动器EMI对低压电源的干扰； 在次边电源整流部分添加低通滤波器，降低驱动器对高压侧的干扰； 使用具有高达100kVs共模抗扰能力的隔离芯片进行信号传输； 采用经过优化设计的隔离变压器，原边和次边都应用屏蔽层，减小相互间的串扰； 使用米勒钳位技术，防止同桥臂管子开关时的相互影响。2）低传输

14、延迟：通常情况下，硅IGBT的应用开关频率较低，小于40kHz,而碳化硅MOSFET推荐的应用开关频率较高，大于100kHz。提高应用频率要求驱动器提供更低的信号延迟时间。碳化硅MOSFET对驱动信号传输延迟要求小于200ns,传输延迟抖动小于20ns。为实现这一目标，可以采取以下方式： 使用数字隔离驱动芯片，可实现信号传输延迟约为50ns,并且具有较高的一致性，传输延迟抖动小于5ns； 选择具有较低传输延时和短上升/下降时间的推挽芯片。总之，与硅IGBT相比，碳化硅MoSFET在提高系统效率、功率密度和工作温度方面具有优势。然而，这也对驱动器提出了更高的要求。为了确保碳化硅MOSFET在系统中发挥更好的作用，需要选择适配的驱动器。