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　　什么是Si IGBT和SiC MOSFET?

　　Si IGBT是硅絕緣柵雙極晶體管的簡寫。SiC MOSFET是碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管的簡稱。

　　Si IGBT是電流控制器件，由施加到晶體管柵極端子的電流來切換，而MOSFET則由施加到柵極端子的電壓進行電壓控制。

　　Si IGBT和SiC MOSFET之間的主要區別在于它們可以處理的電流類型。一般來說，MOSFET適用于高頻開關應用，而IGBT更適合高功率應用。

　　為什么硅IGBT和碳化硅MOSFET在電機驅動應用中至關重要

　　電動機在現代技術中無處不在，通常依靠電池系統作為動力源。例如，電動汽車利用大型電池陣列系統為車輛提供直流電源，從而通過交流電動機產生物理運動。對這些交流電機的絕對控制對于車輛的性能和效率以及車內人員的安全至關重要。然而，這種動力總成系統依靠逆變器將來自電池的直流電轉換為交流信號，電機可以使用該信號來產生運動。

　　這些逆變器可精確控制電機的速度、扭矩、功率和效率，并實現再生制動功能。歸根結底，逆變器對動力總成系統的價值與電機一樣重要。與電源應用中的所有設備一樣，逆變器在功能和設計要求方面可能會有很大差異，并且對于直流電源到交流電機系統的整體系統性能至關重要。

　　現代直流到交流電機驅動應用使用兩種類型的逆變器：硅IGBT和碳化硅MOSFET。從歷史上看，Si IGBT是最常見的，但SiC MOSFET因其各種性能優勢和不斷降低成本而成倍受歡迎。當SiC MOSFET首次進入市場時，它們對于大多數電機驅動應用來說成本過高。然而，隨著這種卓越技術的采用增加，規模化制造大大降低了SiC MOSFET的成本。

　　Si IGBT與SiC MOSFET的優缺點

　　Si IGBT具有高電流處理能力、快速開關速度和低成本等特點，一直被用于直流到交流電機驅動應用。最重要的是，Si IGBT具有高額定電壓、低壓降、低電導損耗和熱阻，使其成為制造系統等大功率電機驅動應用的不二之選。 然而，Si IGBT的一個相當大的缺點是它們極易受到熱失控的影響。當設備溫度不受控制地上升時，就會發生熱失控，導致設備發生故障并最終失效。在高電流、高電壓和高工作條件常見的電機驅動應用中，例如電動汽車或制造業，熱失控可能是一個重大的設計風險。

　　作為應對這一設計挑戰的解決方案，SiC MOSFET具有更強的抗熱失控能力。碳化硅的導熱性更強，可實現更好的器件級散熱和穩定的工作溫度。SiC MOSFET更適合汽車和工業應用等較溫暖的環境條件空間。此外，鑒于其導熱性，SiC MOSFET可以消除對額外冷卻系統的需求，從而可能減小整體系統尺寸并可能降低系統成本。

　　由于SiC MOSFET的工作開關頻率比Si IGBT高得多，因此非常適合需要精確電機控制的應用。在自動化制造中，高開關頻率至關重要，其中高精度伺服電機用于工具臂控制、精密焊接和精確的物體放置。

　　此外，與Si IGBT電機驅動器系統相比，SiC MOSFET的一個顯著優勢是它們能夠嵌入到電機組件中，電機控制器和逆變器嵌入與電機相同的外殼中。

　　通過將電機驅動器組件移動到電機的本地位置，可以大大減少驅動逆變器和電機驅動器之間的布線，從而節省大量成本。在圖 B 的示例中，傳統的 Si IGBT 電源柜可能需要 21 根獨特的電纜來為機械臂的 <> 個電機(標記為“M”)供電，這可能相當于數百米昂貴且復雜的布線基礎設施。使用SiC MOSFET電機驅動系統，電纜數量可以減少到兩根長電纜，連接到本地電機組件內的每個電機驅動器.

　　圖2：機械臂的硅IGBT與碳化硅MOSFET系統控制比較

　　SiC MOSFETS與Si IGBT的缺點

　　然而，與Si IGBT相比，SiC MOSFET也有缺點。首先，SiC MOSFET仍然比Si IGBT更昂貴，因此可能不太適合對成本敏感的應用。雖然SiC MOSFET本身更昂貴，但與Si IGBT系統相比，某些應用可能會降低整個電機驅動器系統的價格(通過減少布線、無源元件、熱管理等)，并且總體上可能更便宜。這種成本節約可能需要在兩個應用系統之間進行復雜的設計和成本研究分析，但可以提高效率并節省成本。

　　SiC MOSFET的另一個缺點是，它們可能具有更復雜的柵極驅動要求，這可能使它們在系統中其他組件可能限制柵極驅動資源的應用中不如IGBT理想。

　　采用碳化硅MOSFET的改進逆變器技術

　　碳化硅MOSFET極大地改進了電機驅動系統的逆變器技術。與所有類型的組件一樣，在某些特定應用中，IGBT可能仍然更適合。然而，與Si IGBT相比，SiC MOSFET逆變器具有幾個明顯的優勢，使其成為電機驅動應用和各種其他應用非常有吸引力的解決方案。

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