在逆變器、電機驅動器和電池充電器等應用中，碳化硅（SiC）器件具有更高的功率密度、更低的冷卻要求和更低的整體系統成本等優勢。

盡管碳化硅器件的成本高于硅器件，但系統級器件的優勢，特別是在1,200V電壓下，足以彌補較高的器件成本。與硅相比，在600V或低于600V時，其優勢微乎其微。碳化硅芯片需要專門設計的封裝和柵極驅動器才能獲得優勢。

碳化硅相對于硅的優勢

通常，碳化硅在反向恢復階段損失的能量僅為硅損失能量的1%。由于實際上沒有尾電流，因此可以更快地關斷并顯著降低損耗。由于耗散的能量較少，因此SiC器件可以在更高的頻率下切換并提高效率。

碳化硅的效率更高、尺寸更小、重量更輕，可以創建更高額定值的解決方案或更小的設計，同時降低冷卻要求。

硅的性能在較高的溫度下會變差，而碳化硅則更穩定。硅器件通常在室溫下過高規格，以在較高溫度下保持規格。通常，額定電流為一半的SiC器件將執行與硅IGBT相同的工作，因為SiC在較高溫度下更加穩定，并且不需要顯著降額。

碳化硅的工作電壓高于10kV，大大高于目前可以使用的電壓。提供額定電壓為1,200V和1,700V的SiC器件。由于電弧、爬電距離和電氣間隙等問題，封裝已成為限制因素，而不是半導體技術。

更低的損耗

碳化硅模塊中能量損耗的主要來源是傳導損耗。作為一種寬禁帶材料，SiC具有低柵極電荷，這意味著SiC需要更少的能量來使器件開關。

由于反向恢復能量和尾電流的顯著改善，二極管開關損耗幾乎被消除。開關導通損耗是電阻性的，因此在兩種技術中是相似的。下一代碳化硅工藝有望進一步改進。

更高的頻率意味著磁性的尺寸和重量減小，因為變壓器LC濾波器中的元件值會明顯降低。

SiC的平均失效時間（MTTF）是硅的10倍，對輻射和單粒子失效的敏感度降低30倍。然而，SiC具有較低的短路容限，因此需要一個快速作用的柵極驅動器。

對于低速應用來說，較高頻率的開關通常不是一個優勢。在這種情況下，SiC器件的成本溢價和額外的設計考慮是不合理的，這使得硅IGBT成為更合乎邏輯的解決方案。

碳化硅的供應也有限。在600V/650V時，SiC器件的可用性很低，而且大多是分立元件。

硅IGBT在設計過程中對RFI問題的緩解要求較少。在發生短路時，不需要高性能柵極驅動器來管理關斷或快速反應以保護器件。

柵極驅動器

碳化硅器件需要專門設計的柵極驅動器。專為驅動硅IGBT而設計的IGBT將不支持SiC器件的開關速度，也不支持在發生短路時保護SiC器件所需的快速故障響應時間。

它們還需要與硅IGBT對應物不同的驅動電壓。電壓軌通常是不對稱的，通常需要幾伏的負電壓軌才能使器件完全關斷。

另一個考慮因素是SiC模塊需要增強關斷。更高的頻率/更硬的開關與較低的內部損耗相結合，會導致電流尖峰和振鈴問題。

增強型或“軟”關斷使用中間電壓階躍來管理突然電流變化的影響并減輕振鈴。由于內部損耗的阻尼作用，硅器件受到的影響較小。

包裝問題

由于碳化硅的性能改進，封裝技術現在已成為主要制約因素，即使對于碳化硅優化封裝也是如此。SanRex（如圖）、英飛凌和Wolfspeed已經開發出了專有的SiC封裝。

與硅相比，碳化硅封裝通常更小、更扁平、熱效率更高，盡管它們必須采用對稱布局設計，以最大限度地降低環路電感。碳化硅的優勢沒有得到實現，因為芯片安裝在傳統封裝中，設計用于在較低頻率下進行開關，具有更寬松的上升和下降時間要求。由于波傳播效應，非對稱設計在較高頻率下表現不佳。

如果要實現該技術的優勢，則必須使用SiC專用封裝和柵極驅動器，這使得SiC成為新系統設計的理想選擇。

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