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May . 2025

凌感TV | Si IGBT和SiC MOSFET的技術差異

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歡迎大家收看《凌感TV》電機控制與驅動特輯,在特輯影片的第二期,我們邀請到英飛凌汽車電子事業部大中華區應用工程師耿旭旭為我們介紹Si IGBT 和 SiC MOSFET的技術差異


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Q1: Si和SiC材料特性的主要差異是什麼?

A :有5個因素決定Si和SiC的材料在電力電子裝置上的表現表現,分別是帶隙、擊穿場強、電子遷移率、電子漂移速率和熱傳導係數。


  • 寬能隙可以使元件在更高的溫度下工作;
  • 10倍的耐壓可達到在同樣厚度下更高的耐壓能力;
  • 更快的電子漂移速率支援更高的工作頻率和更小的開通損耗;
  • 3倍的熱傳導係數能帶來更好的散熱能力。這是Si和SiC材料特性的主要差異。

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Q2:IGBT和MOSFET工作原理有什麼不同?

A : IGBT在MOSFET的漏極側增加了高摻雜的P層,從而實現了MOSFET的電壓型閘極控制,同時實現在同等電壓和電流下更低的導通壓降。


但是SiC比Si的耐壓強,所以SiC MOSFET厚度可以做薄,實現損耗的降低。

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Q3: Si IGBT和SiC MOSFET在車規使用上的可靠性有哪些差異?

A : 相對於Si,SiC的閘極氧化層挑戰性較大,它的外在缺陷密度比Si高出3-4個數量級,它的可靠性決定了SiC的產品品質。相較於平面結構,垂直結構的閘極氧化層可以做的更厚,可以更有效的提升閘極氧化層的可靠性。

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Q4:Si IGBT和SiC MOSFET驅動保護的區別是什麼?

A : 首先,在驅動電壓上,Si IGBT一般採用-7V~15V的驅動電壓,而SiC一般為-5V~18V,部分廠商的負壓會到-2V,這主要是因為負壓會影響閘極的可靠性,而18V的正壓能有效降低導通壓降。


其次,在短路上,Si IGBT和SiC MOSFET的短路失效機制不一樣,SiC MOSFET的短路能力弱於Si IGBT,所以需要更低的DESAT檢測電壓以實現快速短路檢測,同時短路時間也會更短。

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Q5:Si IGBT和SiC MOSFET損耗有什麼不同?

A : MOSFET是阻抗特性,而IGBT導通有個二極體壓降,所以在小電流情況下SiC MOSFET的導通損耗比Si IGBT的導通損耗小;


同時SiC MOSFET的開通速度比Si IGBT的快,所以開關損耗也小。這樣綜合下來,SiC MOSFET在小電流下比Si IGBT的損耗小。

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Q6 : 一句話推薦英飛凌Si IGBT和SiC MOSFET結合的fusion解決方案。

A : 得益於750V IGBT EDT3和第二代SiC MOSFET技術的良好匹配,英飛凌在第二代HP Drive封裝上實現了單驅動的fusion模組,實現了在小電流下主要由SiC MOSFET工作,在大電流情況下輔以IGBT工作,這樣在只需要30% SiC用量的情況下就實現了75%的邊際效率。

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了解「電機控制與驅動特輯」第一期:電動車車規功率模組封裝發展史

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