IGBT和SiC柵極驅動器基礎知識（一）

?01前言 ?

大家好，看到TI一篇關于IGBT和SiC器件柵極驅動應用的文檔，雖然比較基礎，但是概括的比較好，適合電力電子專業的初學者，總體內容如下：

02? IGBT和SiC應用市場有哪些？??

高效的電源轉換在很大程度上取決于系統中使用的功率半導體器件。由于功率器件技術不斷改進，大功率應用的效率越來越高并且尺寸越來越小。此類器件包括IGBT 和 SiC MOSFET，它們具有高電壓額定值、高電流額定值以及低導通和開關損耗，因此非常適合大功率應用。體而言，總線電壓大于 400V 的應用要求器件電壓額定值大于 650V，以留有足夠的裕度，從而確保安全運行。包括工業電機驅動器、電動汽車/混合動力汽車(EV/HEV)、牽引逆變器和可再生能源光伏逆變器在內的應用具有幾千瓦 (kW) 到一兆瓦 (MW) 甚至更高的功率水平。

SiC MOSFET 和 IGBT 的應用具有相似的功率水平，但隨著頻率的增加而產生差異，如下圖所示。iC MOSFET 在功率因數校正電源、光伏逆變器、用于EV/HEV 的直流/直流、用于 EV 的牽引逆變器、電機驅動器和鐵路中變得越來越常見，而 IGBT 在電機驅動器（交流電機），不間斷電源 (UPS)、小于 3kW 的集中式和串式光伏逆變器以及牽引逆變器 EV/HEV 中很常見。

??03?SiC器件比Si器件有何優勢？??

Si MOSFET 和 IGBT 已在電源轉換器中使用了很長時間。不過，SiC MOSFET 已成為一項新技術，鑒于其固有的材料特性（寬帶隙 (WBG) 材料），其優勢已超過這些器件。表 1 中總結了這些特性。與使用 Si 器件的系統相比，SiC 的材料特性可直接轉化為系統級優勢，包括更小的尺寸、更低的成本以及更輕的重量。因此，SiCMOSFET 正在逐漸取代 Si 功率器件。關于寬禁帶半導體器件介紹，可以參考老耿以前的一篇文章：

什么是寬禁帶半導體？

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04?SiC MOS和Si IGBT MOS差異？??

Si MOSFET、Si IGBT 和 SiC MOSFET 均可用于電源應用，但其功率水平、驅動方法和工作模式有所不同。功率 IGBT 和 MOSFET 在柵極均由電壓進行驅動，因為 IGBT 內部是一個驅動雙極結型晶體管 (BJT) 的MOSFET。由于 IGBT 的雙極特性，它們以低飽和電壓承載很大的電流，從而實現低導通損耗。MOSFET 也具有低導通損耗，但取決于器件的漏源導通電阻 RDS(ON)與導通狀態電壓。Si MOSFET 承載的電流要小于IGBT，因此 IGBT 用于大功率應用。MOSFET 用于重視高效率的高頻應用。就器件類型而言，SiC MOSFET 與 Si MOSFET 相似。不過，SiC 是一種 WBG 材料，其特性允許這些器件在與IGBT 相同的高功率水平下運行，同時仍然能夠以高頻率進行開關。這些特性可轉化為系統優勢，包括更高的功率密度、更高的效率和更低的熱耗散。

　　審核編輯：湯梓紅