降低75%的SiC用量--番外篇

沒想到那晚一時(shí)興起寫的文章收獲了四年多來(lái)的最多單篇閱讀量，在此表示感謝，感謝你們能夠喜歡。上篇我們提到Tesla減少75%的SiC用量的一種可能性方案——Si IGBT+SiC MOSFET并聯(lián)，通過(guò)早前看到的2015年的文獻(xiàn)，我們了解到了它的些許特性。其實(shí)這種IGBT+MOSFET的方案早就出現(xiàn)了，而且也有過(guò)批量應(yīng)用的案例，今天，我們?cè)賮?lái)聊聊。

“我吃的鹽比你走的路都多”，這句話不無(wú)道理。

今天跟我們公司的銷售聊到這個(gè)方案，由衷佩服他們深厚的閱歷，其實(shí)他們十年前就已經(jīng)見識(shí)過(guò)這種IGBT+MOSFET的方案。那是Vinco曾經(jīng)在小功率光伏上推廣的一種方案，并且在客戶端也得到了量產(chǎn)，只是由于某些原因被淹沒在時(shí)代的浪潮中。就好比碳化硅，它其實(shí)早已存在，只是時(shí)代的需求使得它現(xiàn)在才開始被委以重任，有種“大器晚成”的感覺。

那我們上篇提到的混合模塊方案就不是“新方案”了，而是被塵封后的再次啟用，當(dāng)然Tesla指的是不是它還是未知。接下來(lái)，我們?cè)僦匦抡J(rèn)識(shí)一下它。

01、并聯(lián)&混合

說(shuō)到并聯(lián)，第一反應(yīng)可能是為了得到更大的電流，比如模塊內(nèi)部的芯片并聯(lián)，亦或模塊并聯(lián)，這在工業(yè)領(lǐng)域早已普遍。其實(shí)，并聯(lián)的概念不僅局限于同種器件，不同器件也能并聯(lián)以構(gòu)成混合開關(guān)，以充分利用它們各自的特點(diǎn)，比如IGBT反并聯(lián)續(xù)流二極管。并且并聯(lián)選擇性也可以很多，比如利用更低反向回復(fù)損耗的SBD來(lái)替代傳統(tǒng)的pin二極管，以及現(xiàn)在的反并更低損耗的SiC SBD，或者早年之前的并聯(lián)Si MOSFET來(lái)達(dá)到更好的性能，如下，

利用MOSFET的第三象限來(lái)代替pin二極管以降低導(dǎo)通損耗，亦或，

利用在IGBT+FRD的基礎(chǔ)上并聯(lián)Si MOSFET以實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT進(jìn)行軟開關(guān)。

以上這些發(fā)生在早年，那時(shí)候SiC還沒有現(xiàn)在這么成熟，所以都是基礎(chǔ)Si基器件。而隨著SiC的發(fā)展，結(jié)合其優(yōu)越的特性，Si IGBT+SiC MOSFET的方案按理應(yīng)該會(huì)被重新拿出來(lái)研究，所以關(guān)于Tesla方案的猜想，也不是沒有可能。

02、變復(fù)雜了

相比于當(dāng)下我們接觸到的模塊類型，如Si IGBT+Si FRD,Si IGBT+SiC SBD, SiC MOSFET(w/o SiC SBD),這些僅包含一個(gè)主動(dòng)器件的混合模塊，我們聊的這款Si IGBT+SiC MOSFET兩個(gè)主動(dòng)器件，無(wú)疑變得更加復(fù)雜，但相比于成本的大幅降低，變復(fù)雜似乎并不是障礙。上面我們說(shuō)到，這種早已存在的方案，其實(shí)基于SiC的混合模塊方案已經(jīng)有很多預(yù)研，只是我們沒有過(guò)多的接觸罷了。

多了一個(gè)主動(dòng)器件，就必須兼顧到兩者的開關(guān)順序。比如，SiC的開關(guān)速度要比Si要快得多，如果什么都不考慮，

?由于Si IGBT關(guān)閉速度較慢，將導(dǎo)致較大的關(guān)斷損耗，從而抑制了SiC MOSFET低開關(guān)損耗的發(fā)揮；

?同時(shí)，SiC MOSFET開通速度較快，在大負(fù)載電流的輕快下，將承受較大的電流；

?另外，成本很重要，所以會(huì)選用較大的Si IGBT和較少的SIC MOSFET，這樣相對(duì)來(lái)說(shuō)，IGBT具有較高的過(guò)載能力，更適用于重載和過(guò)載；

所以，全面且相對(duì)復(fù)雜的控制策略是必須的，以減小損耗，保證可靠性以及提高過(guò)載能力。

03、典型的工作特征

有人問(wèn)我，單純的Si IGBT+SiC MOSFET，那續(xù)流靠體二極管，能力夠嗎？這不，還有MOSFET的第三象限呢嘛。

?在正半周期，當(dāng)正向電壓高于Si IGBT的膝電壓時(shí)，Si IGBT和SiC MOSFET根據(jù)額定電流(導(dǎo)通電阻)共享電流；

?當(dāng)正向電壓低于膝電壓時(shí)，SiC MOSFET單獨(dú)傳導(dǎo)電流；

類似的，在跨開關(guān)的負(fù)半周期中，碳化硅及其體二極管傳到電流，

?當(dāng)開關(guān)的電壓低于SiC體二極管的膝電壓時(shí)，SiC MOSFET通道單獨(dú)傳導(dǎo)電流；

?否則，SiC MOSFET及其體二極管共同傳導(dǎo)電流。

04、可能嗎？可能吧

關(guān)于XS混合模塊，結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，

相對(duì)于純Si IGBT模塊，

★由于ZVS，開關(guān)損耗大幅降低

★更高的開關(guān)頻率

相對(duì)于純SiC MOSFET,

★由于降低了SiC的用量，成本大幅度降低

★由于大電流下IGBT的輸出特性，從而具有較大的過(guò)載能力

雖然控制策略復(fù)雜了，但成本卻大幅度降低，所以在SiC完全成熟(價(jià)格低)之前的當(dāng)下幾年，還是有可能的。

又跟朋友討了一篇論文資料：參考文獻(xiàn)"Hybrid Si/SiC Switches: A Review of Control ?Objectives, Gate Driving Approaches and ?Packaging Solutions"?Dereje Woldegiorgis

今天的內(nèi)容算是上篇的一個(gè)延伸吧，見識(shí)這個(gè)東西確實(shí)很重要，得感謝我們優(yōu)秀的銷售們。

希望今天的內(nèi)容你們能夠喜歡！