IGBT与SiC功率元件

IGBT与SiC功率元器件

    与IGBT等Si功率半导体元件（以下称功率元件）相比，SiC功率元件因可实现逆变器等电力转换器的高效率化及小型化而备受关注。此前应用范围有限的肖特基势垒二极管（SBD）也开始被普遍应用于空调、晶体管方面，而受到业界热切期待的MOSFET产品化已于2010年底开始。有了这两种元件，就有了以SiC制成功率模块的基础，功率模块是综合功率元件供各种设备使用的产品。

　　为了进一步推进SiC的实用化进程，三菱电机开发出了具备过电流保护功能的SiC功率模块。该模块采用了SiC MOSFET和SBD，在过电流保护电路的基础上，还配备了驱动电路的“IPM（intelligent power module，智能功率模块）”。过电流保护电路一般配备于采用Si制IGBT的传统IPM上，而此前的SiC功率模块“未配备过电流保护电路”（三菱电机开发负责人）。

　　其实这种过电流保护电路“对于SiC功率元件更为重要”（上述开发负责人）。原因是与Si IGBT相比，SiC MOSFET的导通电阻较小，因此短路时更易通过大电流。也就是说，过电流的不良影响会在更短的时间内显现出来。“尽管要视芯片的耐量而论，但SiC MOSFET必须比Si IGBT更快地切断驱动电路”（上述开发负责人）。

　　此次开发的产品可由保护电路，检测出短路时产生的过电流并切断驱动电路，以防元件遭到损坏等。通过改进SiC MOSFET，使流过的部分电流分流至保护电路，并根据这一分流电流的大小判断是否产生了过电流（图1）。

 

图1：通过分流的电流进行过电流保护
三菱电机的SiC模块内置有过电流保护电路。该电路采用的SiC MOSFET可分流流过的部分电流。保护电路监测分流电流的大小，当检测到过电流时，便会切断驱动电路。（本图由本站根据三菱电机的资料绘制）

　　三菱电机的目标是，2013～2014年度实现将Si IGBT置换为SiC MOSFET的“全SiC”功率模块的量产。尽管未公开此次开发品的实用化时间，但开发品的“基本的技术开发已完成”（上述开发负责人），正因为如此，功率模块的量产品极有可能采用此次开发的技术。