SiC-Si混合功率逆变器技术解析: 4种拓扑、技术特征、功能/性能优势与限制

文摘   汽车   2024-11-18 06:46   上海  

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- 专栏一<Si-SiC混合功率器件技术知识体系梳理>节选

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目录
2. Si/SiC特征详解
2.1 功率转换开关的4种基本拓扑
2.2 导通特性
  • 2.2.1 SiC-MOSFET 和Si-IGBT 的导通特性
  • 2.2.2 SiC/SI混合功率开关的导通特性
  • 2.2.3 温度对导通特性的影响
2.3 开关特性
  • 2.3.1 SiC-MOSFET 和Si-IGBT 的开通特性简述
  • 2.3.2 混合SiC功率器件的开通特性
  • 2.3.3 混合SiC功率器件的开通策略制定
  • 2.3.4 混合SiC功率器件的关断特性
  • 2.3.4 混合SiC功率器件的关断策略制定
  • 2.3.5 SiC MOSFET 电流分配比例和芯片面积
2.4 电流分配特性

2.5 SiC-Si混合功率器件的应用


2. Si/SiC特征详解
2.1 混合功率转换开关的4种基本拓扑

从这一节起,我们正式开始关于 SiC-Si混合功率技术方案的介绍,下面一起来看看。

在功率转换电路中,IGBT(绝缘栅双极晶体管)MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)因其可控性而广受欢迎。然而,由于每种器件单独使用时都存在固有的弱点,对于电动汽车(EV)动力系统的逆变器而言,需要成本和效率之间找到更好的平衡。为了克服单一器件的缺点,引入了采用不同半导体材料的混合功率开关拓扑技术,我们这里主要讨论的是SiC-Si混合功率器件拓扑技术

那么,这一技术的主流拓扑结构长什么样子呢?

下图展示了4种不同的混合功率转换开关拓扑结构,每种拓扑都结合了不同的器件的特征,构成了其独有的特征和优势。

图片来源:SysPro系统工程智库
 以上4种基础拓扑结构分别为:
  • (a) Si-IGBT混合SiC-SBD(肖特基势垒二极管
  • (b) Si-IGBT混合反向导通二极管与Si-MOSFET
  • (c) Si-IGBT混合Si-MOSFET
  • (d) Si-IGBT混合SiC-MOSFET
| SysPro备注:关于上图中半导体的符号解释

图片来源:SysPro系统工程智库

更多原理图符号的解释参见文章第一章节的基础部分:1. 半导体基础知识 | 半导体原理图符号(星球会员点击链接跳转)。

那么,以上4种拓扑分别有什么技术特点和优势呢?他们彼此之间又是如何层层递进、发展演变的呢?

(a)  Si-IGBT混合SiC-SBD...(知识星球发布)
(b) Si-IGBT混合反向导通二极管与Si-MOSFET...(知识星球发布)
(c) Si-IGBT混合Si-MOSFET...(知识星球发布)
(d) Si-IGBT混合SiC-MOSFET...(知识星球发布)
| SysPro备注:更多内容会在后续章节中进一步说明。


以上是「SysPro电力电子技术EE」知识星球内容专栏一<Si-SiC混合功率器件技术知识体系梳理>第二章节选内容,希望有所帮助!

2. Si/SiC特征详解
2.1 混合功率转换开关的4种基本拓扑
2.2 导通特性
  • 2.2.1 SiC-MOSFET 和Si-IGBT 的导通特性
  • 2.2.2 SiC/SI混合功率开关的导通特性
  • 2.2.3 温度对导通特性的影响
2.3 开关特性
  • 2.3.1 SiC-MOSFET 和Si-IGBT 的开通特性简述
  • 2.3.2 混合SiC功率器件的开通特性
  • 2.3.3 混合SiC功率器件的开通策略制定
  • 2.3.4 混合SiC功率器件的关断特性
  • 2.3.5 混合SiC功率器件的关断策略制定
  • 2.3.6 SiC MOSFET 电流分配比例和芯片面积
2.4 电流分配特性

2.5 SiC-Si混合功率器件的应用

「SysPro 电力电子技术EE是SysPro旗下一个专注于电动汽车电力电子技术领域高阶成长技能库第一期专注于混合SiC功率半导体技术,目前在意向收集阶段(尚未开放),因为所投入的资源和精力会比较多,需要根据参与人数决定最终是否开启。如果感兴趣,可以添加文末的微信(cruise3352),或点击下文了解详情:「混合SiC功率半导体技术· 知识体系建设 」上线通知

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2024年11月18日

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