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2017.03.09 SiC功率元件

SiC功率元件的開發背景和優點

何謂SiC(碳化矽)?

上次說明了SiC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、低ON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SiC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EU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。

透過利用SiC功率元件,例如與IGBT做比較,可以削減85%切換損失。無庸置疑的是,一如此例所示,SiC功率元件將是能源問題的解決方案之一。

SiC_1-2_possi

SiC所帶來的好處

如先前所述,利用SiC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。

接下來與Si做比較進行話題。「低阻抗」純粹與減少損失有關聯性,若阻抗値相同的話,可以減少元件(晶片)的面積。處理大電力時,有時會使用將數個電晶體或二極體模組化的功率模組。以SiC的功率模組為例,相較於Si,尺寸約可達到1/10。

「高速動作」方面,藉由提高切換頻率,變壓器﹙trans﹚、線圈﹙coil﹚、電容器﹙capacitor﹚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。

「高溫動作」由於容許在更高的溫度下動作,因此可以簡化散熱片﹙heat sink﹚等冷卻系統。

像這樣,除了使用SiC改善效率以及處理更大電力等程序﹙approach﹚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。

SiC_1-2_meri

重點:

・SiC被研發作為解決能源問題的一個方案。

・SiC除了減少損耗之外,亦有小型化的極大優點。

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