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如何對應(yīng)IGBT和SIC MOSFET的額定值

如何對應(yīng)IGBT和SIC MOSFET的額定值

 

前言

所周知,IGBT規(guī)格標(biāo)定用的是電流,而SIC MOSFET規(guī)格標(biāo)定用的是導(dǎo)通電阻。在650V及1200V應(yīng)用領(lǐng)域,如果要將IGBT替換成SIC MOSFET,如何對標(biāo)二者的電流,就成了一個(gè)難題。例如,現(xiàn)有設(shè)計(jì)用的是40A IGBT,使用多大mohm的SIC MOSFET可以進(jìn)行替換?或者一顆30mohm的SIC MOSFET,可以代替多少A的IGBT?要解答這個(gè)問題,需要知道的條件,可能比你想象要的多。下面介紹了二者電流換算的方法。

半導(dǎo)體的額定參數(shù)值是根據(jù)它的損耗和散熱能力計(jì)算得到的。額定直流電流就是結(jié)溫達(dá)到最大值時(shí)的導(dǎo)通電流。

 

考慮因素

  1. 電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是怎么樣的?

        這樣可以知道使用了何種續(xù)流二極管以及導(dǎo)通損耗有多大

  1. 開關(guān)頻率是多少?        

        可以得知開關(guān)損耗有多大

  1. 開關(guān)斜率有多陡?

        斜率越陡,SIC MOSFET等器件的優(yōu)勢就越大

  1. 期望的效率是多少?

        期望效率越高,SIC MOSFET的優(yōu)勢就越高

  1. 系統(tǒng)的散熱性能如何?

        散熱性能越差,SIC MOSFET 的導(dǎo)通電阻就越需要關(guān)注

  1. 其他

        預(yù)期壽命等

 

粗略估算

1、邊界條件

 

  1. 半橋拓?fù)潆娐?/span>
  2. 系統(tǒng)母線電壓=600V
  3. 占空比 d=50%

 

 

  1. TO-247封裝器件通過高性能導(dǎo)熱絕緣片緊貼在散熱器上。
  2. 散熱器的熱阻在一定程度上與封裝和絕緣片保持平衡。在50℃的環(huán)境溫度下,允許器件達(dá)到150℃。

 

根據(jù)邊界條件,可以計(jì)算半橋最大輸出電流并繪畫出轉(zhuǎn)化關(guān)系圖,這樣就能夠量化開關(guān)器件的功率處理能力。此圖表示:系統(tǒng)輸出電流與開關(guān)頻率的函數(shù)關(guān)系,系統(tǒng)輸出電流是相對于器件的額定直流值,比處理絕對最大值更常用。

 

2、低頻率下

 

假設(shè)器件工作在4KHZ,IGBT可以流過額定電流的70-90%,SIC MOSFET也類似。所以在低頻率下,選擇額定直流電流與IGBT相類似的SIC MOSFET。

例如:替換40A的IGBT,選擇30-45mΩ的SIC MOSFET??梢愿鶕?jù)實(shí)際電流水平,將半導(dǎo)體損耗降低20-50%

 

3、高頻率下

 

16KHZ頻率下,SIC MOSFET可以處理額定電流的50-70%IGBT只為30-50%。

所以在16KHZ頻率下,SIC MOSFET的額定電流為IGBT的一半,如果替換40AIGBT,則選60-80mΩSIC MOSFET。

 

SIC解決方案好處:根據(jù)電流大小,將半導(dǎo)體損耗降低50-70%。

 

總結(jié)

  1. 目前沒有通用的規(guī)則可以來對應(yīng)IGBT和SIC MOSFET的額定值,需要仿真模擬和實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行具體分析。
  2. 提出一種基于器件散熱極限的粗略對應(yīng)方法。
  3. 選擇IGBT其額定電流的50%到100%作為SIC MOSFET的額定電流通常是合理的。
  4. 根據(jù)不同情況,SIC MOSFET可以根據(jù)許多方式優(yōu)化設(shè)計(jì)性能,有助于將半導(dǎo)體損耗降低50%以上,同時(shí)還能顯著提高開關(guān)頻率。

 


 

來源:英飛凌工業(yè)半導(dǎo)體

 


 

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創(chuàng)建時(shí)間:2024-11-19
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