Vad är kiselkarbid IGBT?

Kiselkarbid (SiC) är ett artificiellt halvledarmaterial som är känt för sin prestanda vid höga temperaturer och spänningar. De två polymorfer som finns tillgängliga är alfa-SiC med hexagonal kristallstruktur som liknar Wurstit och beta-SiC med zinkblendekristallstruktur.

I den här studien undersöktes tre experimentella system, till exempel ett traditionellt AGPU-system och system med enpulstest och trefasomvandlare. Deras effektivitet och detaljerade beteenden vid hård växling jämfördes.

Hög omkopplingshastighet

Kiselkarbid har ett brett bandgap som gör att den kan växla i höga hastigheter samtidigt som den blockerar tusentals volt, vilket gör den till ett idealiskt material för kraftelektronikapplikationer. Dessutom har SiC lägre energiförluster och tar mindre plats än traditionella kiselkomponenter, vilket gör det till det perfekta halvledarvalet för laddning av batterier i elbilar, omvandling av solenergi till likström och optimering av effektiviteten vid kraftomvandling.

Högre switchhastigheter innebär nya utmaningar som ingenjörerna måste övervinna: svåra test- och mätmetoder, parasiter i kretsen som orsakar för höga spänningsspikar, bristande överensstämmelse med EMI-regler och design-/integrationsscheman som är mycket känsliga. Vi diskuterar några vanliga hinder här tillsammans med bästa praxis som kan hjälpa ingenjörerna att övervinna dem.

Kiselkarbid (SiC) är en oorganisk kemisk förening som består av kisel och kol och som finns naturligt som ädelstenen moissanit, men kommersiell produktion inleddes 1893 för användning som slipmedel. SiC utgör också basen för vissa superhårda material som klarar temperaturer upp till 2400degF; på grund av sin unika förmåga att växla snabbt samtidigt som den blockerar tusentals V har SiC snabbt fått erkännande inom kraftelektronik.

Hög effektivitet

Kiselkarbid är ett halvledarmaterial med brett bandgap som har potential att omvandlas till högeffektiva kraftanordningar, och det värdesätts även för sina många andra egenskaper som gör det till ett utmärkt val för sådana ändamål. Dessa inkluderar dess höga elektriska fältstyrka som möjliggör halvledaranordningar med högre spänning och dess låga resistans som minskar ledningsförlusterna; dessutom har det en enastående temperaturkoefficient som gör det lämpligt för högtemperaturapplikationer.

Kiselkarbid (SC) är en hård kemisk förening bestående av kisel och kol som finns naturligt som mineralet moissanit, massproducerat sedan 1893 för användning i slipmedel och keramiska plattor för skottsäkra västar.

Med låg induktans i modulkommutationen och små magnetiska filterkomponenter möjliggör kiselkarbid-IGBT:er lägre switchförluster och förbättrad systemeffektivitet. Dessutom minimerar det låga värmemotståndet mellan chip och kylfläns ledningsförlusterna; dessutom har de mycket låga switchförluster även under hög belastning.

SiC-IGBTs uppnår upp till 92% effektivitet jämfört med konventionella AGPU-system under liknande förhållanden, vilket gör det möjligt för konstruktörer att bygga högeffektiva kraftomvandlare. Wolfspeed Gen 3 3300 V Silicon Carbide Bare Die MOSFETs eliminerar behovet av externa dioder och minskar drastiskt kostnaderna för material och systemkomplexitet.

Koefficient för låg temperatur

Kiselkarbid är ett halvledarmaterial med brett bandgap och utmärkt värmeledningsförmåga och korrosionsbeständighet, vilket gör det lämpligt för tillverkning av transistorer, kretskort och industriella applikationer som motordrifter och generatorer. Som en organisk förening av kisel och kol förekommer det naturligt som moissanit i naturen; andra former inkluderar brun till svart pulverform eller stora enkristaller som binds samman till hårda keramiska slipmedel eller skottsäkra västkomponenter.

SiC-IGBT:er har en exceptionellt låg temperaturkoefficient som gör att de kan arbeta vid högre temperaturer än sina kiselbaserade motsvarigheter, vilket ökar effekttätheten och effektiviteten i kraftelektroniken samtidigt som tillförlitligheten förbättras genom att minska överslag vid transienter (spänningsökningen över sitt steady state-värde).

Kiselkarbidens utmärkta isoleringsegenskaper gör att den trivs i tuffa miljöer, inklusive sådana där kylmediet är mycket frätande, liksom temperaturfluktuationer och spänningsspikar, som de som finns i flyg- eller fordonstekniska applikationer. Dessutom gör dess fukt- och kemikaliebeständighet den till ett utmärkt val.

Hög tillförlitlighet

Kiselkarbid iGBT:er kan användas i högspänningsomvandlare och ger överlägsna prestanda jämfört med kiselkomponenter. De arbetar vid högre temperaturer och avger mer värme samtidigt som de har minskade kopplingsförluster, vilket gör dem lämpliga för applikationer som kräver hög tillförlitlighet och effektivitet. Dessutom har kiselkarbidkomponenterna högre kritisk genombrottsstyrka och klarar högre spänningar vid samma tjockleksnivåer än sina motsvarigheter i kisel.

Cree Corporation introducerade den första kommersiellt gångbara SiC MOSFET-enheten i januari 2011. Denna MOSFET med 80 mO on-resistans var inkapslad i ett TO-247-paket och hade snabbare switchhastighet än traditionella IGBT:er - en viktig milstolpe för att visa hur kiselkarbid kan användas i applikationer för höghastighetseffektomvandling.

Kiselkarbidens andra stora fördel ligger i dess extremt höga elektriska fältstyrka, vilket möjliggör produktion av högspänningshalvledaranordningar. Även om den här tekniken inte omedelbart har anammats av tillverkare av elektroniska enheter blir den allt vanligare med tiden.

Elektromekaniska enheter, inklusive strömbrytare, solenoider, pulsgivare, generatorer och elmotorer, är hörnstenen i kopplingen mellan den digitala och den fysiska världen. Genom att översätta elektriska signaler till mekaniska åtgärder som styr utrustning och driver fordon för att driva ekonomier. Elektromekaniska enheter utgör en del av vår globala infrastruktur - från smarta hem och internetanslutningspunkter ända ner till energikällor som garanterar en säker energiförsörjning - och spelar en viktig roll för att stödja tillväxt samtidigt som de garanterar en säker energiförbrukning.