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    碳化硅方案與硅方案成本比較

    下面的文章打算反駁以下的常見說法:SiC功率元件的效率遠遠超過硅元件,但仍然過于昂貴。
    在過去年10年中,CREE一直致力于碳化硅二極管市場,其間開發了五代產品。推出了600V、650V、1200V、1700V擊穿電壓:lf=1A-50A正向電流的范圍廣泛的各種封裝的二極管。同時,碳化硅二極管己成為PFC、電源單元、UPS、DC/DC轉換器和逆變器等應用公認的器件。與傳統硅二極管相比,碳化硅二極管有恒定的溫度和非常小的Qrr,因此開關頻率可以大大增加,并且可以實現高性能增益。
    由于在碳化硅二極管之間幾乎沒有任何差別這樣的事實,該技術己得到了充分的發展?蛻舻年P鍵挑戰是不要讓自己被標記欺騙,而是要仔細閱讀數據表,因為有些制造商是在個一比CREE等公司更低的工作點測量溫度和電流。選擇適應客戶工作點的合適的二極管是非常重要的,不僅是一個成本因素的問題。   
    在2011年11月,CREE公司推出了同行業中第一款碳化硅MOSFET (CMF20120D,1200V,80歐姆)。同時,160歐姆1200V器件(CMF10120D)采用了TO-247封裝。CMF20120D的價格大大高于一個分立式硅IGBT的價格。然而,在2013年2月發布的第二代80歐姆MOSFET (C2M0080120D)卻帶來了約50%的成本降低,這主要是由于減少了芯片尺寸的大小。第二代器件的另一大優勢是減少了主要帶來開關損耗從而產生熱量的電容。同時,推出了一款1200V/25歐姆和1700V/40歐姆的器件。除了更優惠
    的價格和更小的開關損耗,另外柵極源極電壓的電壓范圍還增加到了-5V到-10V。因此,可以實現更快的開關關閉速度。圖1示出了第一代和第二代80歐姆CREE MOSFET的比較。
    人們不一定在分立級別上比較晶體管的成本,但你必須仔細看看整個系統的成本。增加的頻率可能意味著顯著地降低了電感的大小。由于開關損耗少,散熱片的大小也可以大大減少,或可以完全省略散熱片。因此,我們的客戶能夠實現更高的效率,同時降低了整體系統成本。
    在PCIM 2013上,CREE公司展出了“全碳化硅10KW交錯式升壓逆變器”,評估了碳化硅和硅的性能、BOM和整體系統成本。
    第一代和第二代80歐姆CREE MOSFET與最新代Si IGBT相比,碳化硅MOSFE可以由Ggs=15V/-2V驅動。
    然而,一個更好的性能是在Vgs=18V/-2V條件下實現的。為了提高效率的可比性,在Vgs=18V/-2V和15V/-2V條件下分別記錄了C2M0080120D和Si-IGBT以及C2M0080120D和CMF20120D的效率曲線。
    外部柵極電阻RG=2歐姆,輸人和輸出電壓Vin=450VDC, Vout= 640VDC。CREE C4D10120D一直被用作反激二極管。
    在Si-IGBT已經被切換為20 kHz。CREE MOSFET的開關頻率為100 kHz。很明顯,在Vgs=18V/-2V和Vgs=15V/-2V條件下,C2M0080120D比Si-IGBT實現了更好的效率。
    效率當然是客戶應用的個重要特征。由此造成的系統損耗和熱成像很重要,但是,更重要的是系統設計者。此外,通過熱成像儀記錄的熱成像可以在圖4a4c的圖像中看到。
    此外,在相同轉換器中比較了競爭者的SiC-MOSFET。在6d圖像中可以看出結果。C2M0080120D比CWIF20120D冷了15℃,比競爭對手的SiC-MOSFET冷了近38'C。實際上CMF20120D溫度低了約13C。
    現在比較BOM時,下列事實可以成立.雖然功率半導體的百分比只有硅基解決方案的5%,但最終整體成本較高。其中一個原因是由于較高的頻率可以減少電感,另一個原因是開關損耗相當低,因此在SiC-MOSFET的情況下有更好的熱成像,從而有可能減少散熱器的大小和成本。如果開關頻率提高到f= 100 kHz,碳化硅基解決方案的BOM成本可以降低5%。顯著減少的整個系統的尺寸和重量也必須考慮在內。
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