如何对应IGBT和SIC MOSFET的额定值

如何对应IGBT和SIC MOSFET的额定值

前言

众所周知，IGBT规格标定用的是电流，而SIC MOSFET规格标定用的是导通电阻。在650V及1200V应用领域，如果要将IGBT替换成SIC MOSFET，如何对标二者的电流，就成了一个难题。例如，现有设计用的是40A IGBT，使用多大mohm的SIC MOSFET可以进行替换？或者一颗30mohm的SIC MOSFET，可以代替多少A的IGBT？要解答这个问题，需要知道的条件，可能比你想象要的多。下面介绍了二者电流换算的方法。

半导体的额定参数值是根据它的损耗和散热能力计算得到的。额定直流电流就是结温达到最大值时的导通电流。

考虑因素

1. 电路的拓扑结构是怎么样的?

        这样可以知道使用了何种续流二极管以及导通损耗有多大

2. 开关频率是多少?        

        可以得知开关损耗有多大

3. 开关斜率有多陡?

        斜率越陡，SIC MOSFET等器件的优势就越大

4. 期望的效率是多少?

        期望效率越高，SIC MOSFET的优势就越高

5. 系统的散热性能如何?

        散热性能越差，SIC MOSFET 的导通电阻就越需要关注

6. 其他

        预期寿命等

粗略估算

1、边界条件

1. 半桥拓扑电路
2. 系统母线电压=600V
3. 占空比 d=50%

1. TO-247封装器件通过高性能导热绝缘片紧贴在散热器上。
2. 散热器的热阻在一定程度上与封装和绝缘片保持平衡。在50℃的环境温度下，允许器件达到150℃。

根据边界条件，可以计算半桥最大输出电流并绘画出转化关系图，这样就能够量化开关器件的功率处理能力。此图表示：系统输出电流与开关频率的函数关系，系统输出电流是相对于器件的额定直流值，比处理绝对最大值更常用。

2、低频率下

假设器件工作在4KHZ，IGBT可以流过额定电流的70-90%，SIC MOSFET也类似。所以在低频率下，选择额定直流电流与IGBT相类似的SIC MOSFET。

例如：替换40A的IGBT，选择30-45mΩ的SIC MOSFET。可以根据实际电流水平，将半导体损耗降低20-50%

3、高频率下

在16KHZ频率下，SIC MOSFET可以处理额定电流的50-70%，IGBT只为30-50%。

所以在16KHZ频率下，SIC MOSFET的额定电流为IGBT的一半，如果替换40A的IGBT，则选60-80mΩ的SIC MOSFET。

SIC解决方案好处：根据电流大小，将半导体损耗降低50-70%。

总结

1. 目前没有通用的规则可以来对应IGBT和SIC MOSFET的额定值，需要仿真模拟和实验来进行具体分析。
2. 提出一种基于器件散热极限的粗略对应方法。
3. 选择IGBT其额定电流的50%到100%作为SIC MOSFET的额定电流通常是合理的。
4. 根据不同情况，SIC MOSFET可以根据许多方式优化设计性能，有助于将半导体损耗降低50%以上，同时还能显著提高开关频率。

来源：英飞凌工业半导体