SiC-MOSFET与IGBT的区别是什么

功率转换电路中的晶体管的作用非常重要，对其改良可以实现低损耗与应用尺寸小型化。SiC功率元器件半导体具有低损耗、高速开关、高温工作等优势。目前SiC-MOSFET有用的范围是耐压600V以上、特别是1kV以上。

图为600V-2000V耐压的功率元器件的特征

相对于IGBT，SiC-MOSFET降低了开关关断时的损耗，实现了高频率工作，有助于应用的小型化。相对于同等耐压的SJ-MOSFET，导通电阻较小，可减少相同导通电阻的芯片面积，并显著降低恢复损耗。

图为SiC-MOSFET通过与Si功率元器件进行比较所表示的耐压范围

一、SiC-MOSFET与Si-MOSFET的区别

这里有两个关键要点。

1.驱动电压

SiC-MOSFET与Si-MOSFET相比，由于漂移层电阻低，通道电阻高，因此具有驱动电压即栅极－源极间电压Vgs越高、导通电阻越低的特性，下图表示SiC-MOSFET的导通电阻与Vgs的关系。

图为SiC-MOSFET的导通电阻与Vgs的关系

导通电阻从Vgs为20V左右开始变化（下降）逐渐减少，接近最小值。一般的IGBT和Si-MOSFET的驱动电压为Vgs=10～15V，而SiC-MOSFET建议在Vgs=18V前后驱动，以充分获得低导通电阻。

也就是说，两者的区别之一是驱动电压要比Si-MOSFET高，与Si-MOSFET进行替换时，还需要探讨栅极驱动器电路。

2.内部栅极电阻

SiC-MOSFET元件本身（芯片）的内部栅极电阻Rg依赖于栅电极材料的薄层电阻和芯片尺寸。如果是相同设计，则与芯片尺寸成反比，芯片越小、栅极电阻越高。同等能力下，SiC-MOSFET的芯片尺寸比Si元器件小，因此栅极电容小，但内部栅极电阻增大。例如1200V80mΩ 产品的内部栅极电阻约为6.3Ω。

这不仅局限于SiC-MOSFET，MOSFET开关时间依赖于外置栅极电阻和上面介绍的内部栅极电阻合在一起的综合栅极电阻值。SiC-MOSFET的内部栅极电阻比Si-MOSFET大，因此要想实现高速开关，需要使外置栅极电阻尽量小，小到几Ω左右。但是外置栅极电阻还承担着对抗施加于栅极的浪涌的任务，因此必须注意与浪涌保护之间的良好平衡。

二、SiC-MOSFET与IGBT的区别

1.Vd-Id特性

Vd-Id特性是晶体管最基本的特性之一，下面是 25℃和150℃时的Vd-Id 特性。

25℃ 时的特性图表

SiC及SiMOSFET的Id相对Vd（Vds）呈线性增加，但由于IGBT有上升电压，因此，在低电流范围，MOSFET元器件的Vds更低（对于 IGBT来说是集电极电流、集电极-发射极间电压）。

不言而喻，Vd-Id特性也是导通电阻特性。根据欧姆定律，相对Vd-Id越低、导通电阻越小，特性曲线的斜率越陡，导通电阻越低。

IGBT的低Vd（或低 Id ）范围（在本例中是Vd到1V左右的范围），在IGBT中是可忽略不计的范围。这在高电压大电流应用中不会构成问题，但当用电设备的电力需求从低功率到高功率范围较宽时，低功率范围的效率并不高。

相比之下，SiC-MOSFET可在更宽的范围内保持低导通电阻。

此外可以看到，与150℃时的Si-MOSFET特性相比，SiC、Si-MOSFET的特性曲线斜率均放缓，因而导通电阻增加。但是SiC-MOSFET在25℃时的变动很小。在25℃环境下特性相近的产品，差距变大，温度增高时SiC-MOSFET的导通电阻变化较小。

2.关断损耗特性

前面多次提到过，SiC功率元器件的开关特性优异，可处理大功率并高速开关。因此与IGBT开关损耗特性有所区别。众所周知，当IGBT的开关OFF时，会流过元器件结构引起尾（tail）电流，因此开关损耗增加是IGBT的基本特性。

比较开关OFF时的波形可以看到，SiC-MOSFET原理上不流过尾电流，因此相应的开关损耗非常小。在此例中SiC-MOSFET＋SBD（肖特基势垒二极管）的组合与IGBT＋FRD（快速恢复二极管）的关断损耗Eoff相比，降低了88%。

还有重要的一点是，IGBT的尾电流随温度升高而增加，SiC-MOSFET的高速驱动需要适当调整外置的栅极电阻Rg。

3.导通损耗特性

IGBT在开关导通时，流过Ic（蓝色曲线）用红色虚线圈起来部分的电流，这多半是二极管的恢复电流带来的，是开关导通时的一大损耗。在并联使用SiC-SBD时，加上恢复特性的快速性，MOSFET开关导通时的损耗减少，FRD成对时的开关导通损耗与IGBT的尾电流一样随温度升高而增加。 总之，关于开关损耗特性可以明确的是，SiC-MOSFET优于IGBT。

编辑：黄飞