IGBT和SiC栅极驱动器基础知识（一）

 01前言  

大家好，看到TI一篇关于IGBT和SiC器件栅极驱动应用的文档，虽然比较基础，但是概括的比较好，适合电力电子专业的初学者，总体内容如下：

02  IGBT和SiC应用市场有哪些？  

高效的电源转换在很大程度上取决于系统中使用的功率半导体器件。由于功率器件技术不断改进，大功率应用的效率越来越高并且尺寸越来越小。此类器件包括IGBT 和 SiC MOSFET，它们具有高电压额定值、高电流额定值以及低导通和开关损耗，因此非常适合大功率应用。体而言，总线电压大于 400V 的应用要求器件电压额定值大于 650V，以留有足够的裕度，从而确保安全运行。包括工业电机驱动器、电动汽车/混合动力汽车(EV/HEV)、牵引逆变器和可再生能源光伏逆变器在内的应用具有几千瓦 (kW) 到一兆瓦 (MW) 甚至更高的功率水平。

SiC MOSFET 和 IGBT 的应用具有相似的功率水平，但随着频率的增加而产生差异，如下图所示。iC MOSFET 在功率因数校正电源、光伏逆变器、用于EV/HEV 的直流/直流、用于 EV 的牵引逆变器、电机驱动器和铁路中变得越来越常见，而 IGBT 在电机驱动器（交流电机），不间断电源 (UPS)、小于 3kW 的集中式和串式光伏逆变器以及牵引逆变器 EV/HEV 中很常见。

  03 SiC器件比Si器件有何优势？  

Si MOSFET 和 IGBT 已在电源转换器中使用了很长时间。不过，SiC MOSFET 已成为一项新技术，鉴于其固有的材料特性（宽带隙 (WBG) 材料），其优势已超过这些器件。表 1 中总结了这些特性。与使用 Si 器件的系统相比，SiC 的材料特性可直接转化为系统级优势，包括更小的尺寸、更低的成本以及更轻的重量。因此，SiCMOSFET 正在逐渐取代 Si 功率器件。关于宽禁带半导体器件介绍，可以参考老耿以前的一篇文章：

什么是宽禁带半导体？

04 SiC MOS和Si IGBT MOS差异？  

Si MOSFET、Si IGBT 和 SiC MOSFET 均可用于电源应用，但其功率水平、驱动方法和工作模式有所不同。功率 IGBT 和 MOSFET 在栅极均由电压进行驱动，因为 IGBT 内部是一个驱动双极结型晶体管 (BJT) 的MOSFET。由于 IGBT 的双极特性，它们以低饱和电压承载很大的电流，从而实现低导通损耗。MOSFET 也具有低导通损耗，但取决于器件的漏源导通电阻 RDS(ON)与导通状态电压。Si MOSFET 承载的电流要小于IGBT，因此 IGBT 用于大功率应用。MOSFET 用于重视高效率的高频应用。就器件类型而言，SiC MOSFET 与 Si MOSFET 相似。不过，SiC 是一种 WBG 材料，其特性允许这些器件在与IGBT 相同的高功率水平下运行，同时仍然能够以高频率进行开关。这些特性可转化为系统优势，包括更高的功率密度、更高的效率和更低的热耗散。

　　审核编辑：汤梓红