融合SiC和Si的优点：混合功率模块和混合分立器件

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）在大功率、大电流的应用，比如电动汽车目前动辄300kW以上的电机功率中，由于对损耗和散热方面的要求较高，所以一般会在逆变器部分使用功率模块。

功率模块是由多个功率单管，比如IGBT、MOSFET等，以及二极管等元器件封装在一起。比如IGBT模块主要是由硅基IGBT和硅基二极管组成，碳化硅模块主要是由SiCMOSFET和SiCSBD组成。

不过，碳化硅成本居高不下，去年特斯拉表示在下一代平台上减少75%的碳化硅用量，但没有说明要如何实现这个目标，以及具体的方案。在业界的猜想中，就包含混合模块的方案。

混合功率模块的几种形式

前面提到目前主流的功率模块包括IGBT模块和SiC模块，分别是使用硅基和SiC基功率器件作为核心。但混合功率模块，顾名思义就是将硅基和SiC基的功率器件混合封装到一个模块中。

目前较为普遍的混合碳化硅功率模块的形式是，采用IGBT和SiCSBD结合。由于硅二极管是双极器件，存在反向恢复损耗大的特点，而SiCSBD几乎没有开关损耗，能够使IGBT的开关损耗显著降低。与相同封装的标准硅IGBT模块相比，IGBT+SiCSDB的功率模块能够提高功率密度、效率、工作频率等。

另一种是采用SiCMOSFET和硅IGBT混合封装，目前业界的方案大概是使用2颗SiCMOSFET配套6颗硅IGBT封装成模块，当然这个比例还可以灵活调配。这种方式的好处是，可以同时利用SiC和IGBT的优势，通过系统控制，令SiC运行在开关模式中，IGBT运行在导通模式。SiC器件在开关模式中损耗低，而IGBT在导通模式中损耗较低，所以这种模式有可能实现在效率不变的情况下，降低SiCMOSFET的使用量，从而降低功率模块的整体成本。

不过也有业内人士表示，SiCMOSFET和IGBT混合模块也存在一些应用上的挑战，包括用于汽车的封装工艺稳定性、IGBT和SiCMOSFET并联电路设计、驱动控制等问题。因此，目前市面上的混合功率模块产品基本上是IGBT和SiCSBD。

分立器件也能混合碳化硅和硅

除了在功率模块中混合SiC和硅的器件之外，其实分立器件也可以将两种材料的器件封装在单管中。

一般来说，硅IGBT单管其实是将IGBT和FRD（快恢复二极管）封装成单个器件，而混合碳化硅分立器件将其中的硅FRD换成SiCSBD。由于SiCSBD没有双极型硅基高压FRD的反向恢复行为，混合碳化硅分立器件的开关损耗获得了极大的降低。根据基本半导体的测试数据显示，这款混合碳化硅分立器件的开通损耗比硅基IGBT的开通损耗降低约32.9%，总开关损耗比硅基IGBT的开关损耗降低约22.4%。

而SiCSBD在近几年的价格得到了明显下降，混合碳化硅分立器件整体的成本相比硅IGBT和硅FRD实际相差不会太大。因此这种器件可以用在一些强调性价比的电源领域，比如车载电源、车载空调压缩机等。

小结：

在过去几年碳化硅器件供应不足的情况下，诞生了不少碳化硅基和硅基器件的混合方案，当然目前来看碳化硅的成本依然“相对较高”，下游终端希望碳化硅器件供应商能继续降价，同时也压缩了上游的利润。但随着去年开始海内外大量碳化硅上下游产能释放，碳化硅的成本在未来两年可能会继续下降，届时混合模块或是混合器件的方案能否获得市场青睐仍有待观察。