Применение SiC в производстве силовых устройств

По сравнению с кремниевыми устройствами силовые устройства на основе карбида кремния (SiC) могут эффективно обеспечивать высокую эффективность, миниатюризацию и малый вес силовых электронных систем.Энергопотери силовых устройств SiC составляют всего 50% устройств Si, а тепловыделение всего 50% устройств кремния, SiC также имеет более высокую плотность тока.При одинаковом уровне мощности объем силовых модулей SiC значительно меньше, чем у кремниевых силовых модулей.Взяв в качестве примера интеллектуальный силовой модуль IPM, используя силовые устройства SiC, объем модуля можно уменьшить до 1/3-2/3 кремниевых силовых модулей.

Существует три типа силовых диодов SiC: диоды Шоттки (SBD), PIN-диоды и диоды Шоттки, управляемые барьером перехода (JBS).Из-за барьера Шоттки SBD имеет меньшую высоту барьера перехода, поэтому SBD имеет преимущество низкого прямого напряжения.Появление SiC SBD расширило область применения SBD с 250 до 1200 В.Кроме того, его характеристики при высокой температуре хорошие, обратный ток утечки не увеличивается от комнатной температуры до 175 ° C. В области применения выпрямителей выше 3 кВ большое внимание уделяется диодам SiC PiN и SiC JBS из-за их более высокого напряжения пробоя. , более высокая скорость переключения, меньший размер и меньший вес, чем кремниевые выпрямители.

Устройства SiC Power MOSFET имеют идеальное сопротивление затвора, высокую скорость переключения, низкое сопротивление во включенном состоянии и высокую стабильность.Это предпочтительное устройство в области силовых устройств ниже 300 В.Есть сообщения об успешной разработке полевого МОП-транзистора из карбида кремния с запирающим напряжением 10 кВ.Исследователи считают, что SiC MOSFET займут выгодное положение в области 3кВ - 5кВ.

Биполярные транзисторы SiC с изолированным затвором (SiC BJT, SiC IGBT) и тиристор SiC (SiC тиристор), IGBT-устройства SiC P-типа с запирающим напряжением 12 кВ имеют хорошую способность к прямому току.По сравнению с Si биполярными транзисторами, SiC биполярные транзисторы имеют в 20-50 раз меньшие коммутационные потери и меньшее падение напряжения при включении.SiC BJT в основном делится на BJT с эпитаксиальным эмиттером и BJT с ионной имплантацией, типичный коэффициент усиления по току составляет от 10 до 50.