SiC功率元件的開發背景和優點

上次說明了碳化硅的物性和SiC功率元件的特徴.SiC功率元件可以達到超越Si功率元件的高耐壓,在低阻抗,高速動作,亦可在更高溫下動作。這次我想談論有關SiC的開發背景和具體優點。

SiC功率元件的開發背景

如先前所述,SiC可以藉由應用為功率元件來達到傳統Si功率元件無法實現的低損失電力轉換。相信大家已經注意到,這是碳化硅以功率元件身分實用化的最大理由一。如想像,其背景在於全世界共同推動的節能課題。

在低電力的DC / DC轉換器例子中,行動化伴隨90%以上的轉換效率是理所當然的事,不過高電壓,大電流的AC / DC轉換器據說效率還有改善的餘地。眾所皆知,以欧盟為中心的節能相關指令強烈要求電氣/電子機器亦包含削減待機時電力之節能。

在這種狀況下,當務之急便是削減電力轉換時發生的能源損失,不用說當然必須將超過Si界限之物質應用於功率元件。

透过利用碳化硅功率元件，例如与IGBT做比较，可以削减85％切换损失。无庸置疑的是，一如此例所示，碳化硅功率元件将是能源问题的解决方案之一。

SiC所帶來的好處

如先前所述,利用碳化硅可以大幅削減能源損失。當然,這是極大的優點,不過我想再稍微思考看看SiC的低阻抗,高速動作,高溫動作等特徴所帶來的好處。

接下来与硅做比较进行话题。「低阻抗」纯粹与减少损失有关联性，若阻抗値相同的话，可以减少元件（晶片）的面积。处理大电力时，有时会使用将数个电晶体或二极体模组化的功率模组。以碳化硅的功率模组为例，相较于硅，尺寸约可达到1/10。

“高速動作“方面,藉由提高切換頻率,變壓器﹙反式﹚,線圈﹙线圈﹚,電容器﹙电容器﹚等周邊零件可以使用更小型的尺寸。根據實例,可以小到1/10左右。

「高温动作」由于容许在更高的温度下动作，因此可以简化散热片（散热器）等冷却系统。

像這樣,除了使用碳化硅改善效率以及處理更大電力等程序﹙方法﹚外,當然,如果是現有電力的話,透過SiC化可以達到大幅小型化也是一大優點。不僅直接節能,與設置場所或輸送等間接節能有關的小型化也是重要課題之一。