如何對應(yīng)IGBT和SIC MOSFET的額定值

前言

眾所周知，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

2. 開關(guān)頻率是多少?        

        可以得知開關(guān)損耗有多大

3. 開關(guān)斜率有多陡?

        斜率越陡，SIC MOSFET等器件的優(yōu)勢就越大

4. 期望的效率是多少?

        期望效率越高，SIC MOSFET的優(yōu)勢就越高

5. 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

6. 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

在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40A的IGBT，則選60-80mΩ的SIC 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