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SiC MOSFET具有更高的开关速度和更低的开关损耗,这意味着它们可以更快地开关电流。(赵工评论:这句话虽然说得没啥问题,但貌似和结论没什么关系?)
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SiC MOSFET的电子迁移率比IGBT高,这意味着电子在器件中运动的速度更快。(赵工评论:GPT你是认真的么?SiC材料的电子迁移率1.1cm²/Vs,Si材料的电子迁移率1.5cm²/Vs,然后你告诉我SiC MOSFET的电子迁移率比IGBT高?)
- SiC MOSFET的物理结构更简单,没有PN结和注入区等结构,这意味着更少的载流子在器件中运动。(赵工评论:SiC MOSFET的确纵向结构比IGBT少一层,没有背面P+ 注入和N buffer组成的PN结,但SiC MOSFET也有P基区与N漂移区组成的PN结)
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因此,导致SiC MOSFET短路时间通常比IGBT短的原因应该是以下几个:
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SiC MOSFET具有更高的电子饱和漂移速度,这是由于SiC材料的极高电场饱和电流密度所致。这意味着在相同电压条件下,SiC MOSFET的电子速度更快,开关速度更快。(赵工评论:SiC 具有 2 倍于 Si 的电子饱和漂移速度这倒没错。不过更高的电子饱和漂移速度是由于电场饱和电流密度所致,这逻辑感人)
- 另一个因素是SiC MOSFET具有更低的内部电阻,这意味着更少的热量在器件中产生,从而使器件更加耐高温。(赵工评论:SiC MOSFET只是在部分电流范围内具有更低的电阻,明显短路并不包含在内。耐高温的思路可以,但SiC耐高温是材料本身的特性,并不是由于器件产生的热量更少)
另外,您也是正确的,短路时SiC MOSFET器件内部产生的热量更高。虽然SiC MOSFET具有更高的热耐受性,并且具有更好的热扩散特性,但在短路时其内部温度仍然会升高。因此,在实际应用中,需要仔细选择和设计器件,以满足特定的应用需求。(赵工评论:这一轮回复虽然没毛病,但是也没回答问题啊)
SiC MOSFET和IGBT的物理结构和工作原理有所不同,这也导致了它们在一些方面的性能不同。下面是一些可能导致SiC MOSFET短路时间通常比IGBT短的因素:
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高开关速度:SiC MOSFET具有极高的电子饱和漂移速度,这使得它们在开关过程中具有更快的响应速度。相比之下,IGBT的开关速度较慢,尤其是在关断过程中更为明显。
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小电荷量:SiC MOSFET的电荷量相对较小,其中包括输入电容和输出电容,这意味着SiC MOSFET可以更快地完成充电和放电过程。相比之下,IGBT的电荷量相对较大,因此其充放电速度更慢。
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高温性能:SiC MOSFET具有更好的高温性能,因为SiC材料的热导率更高,热膨胀系数更小。这意味着SiC MOSFET可以在更高的温度下工作,甚至在高温下也能保持较低的导通电阻。
(赵工评论:虽然上述描述没有太大问题,但依然不能和短路时间产生正确关联。)
- 较低的导通电阻:SiC MOSFET具有更低的导通电阻,这意味着在相同的电流条件下,SiC MOSFET的内部能量损失更小,从而发热更少。(赵工评论:刚说过SiC MOSFET只是在部分电流范围内具有更低的导通电阻,GPT还真是固执呢)
(好吧,咱们再跟AI对齐一下短路时间的理解,并重复一下我们的问题)👇👇
另一个影响因素是SiC MOSFET的电荷量较小,这使得SiC MOSFET可以更快地完成充电和放电过程。相比之下,IGBT的电荷量相对较大,因此其充放电速度更慢。在短路事件中,充电和放电速度的快慢对短路时间起着重要作用,因此SiC MOSFET通常具有更短的短路时间。(赵工评论:这充其量只能说明SiC MOSFET具有更短的开关时间吧)
此外,SiC MOSFET的开关速度更快,这是由于SiC材料的高电子迁移率和高电场饱和电流密度所致(赵工评论:依旧是固执地认为SiC材料电子迁移率高的AI呢,让人崩溃)。在短路事件中,开关速度的快慢也对短路时间起着重要作用。因此,SiC MOSFET由于其内部保护电路的设计、电荷量更小和开关速度更快等因素,通常具有更短的短路时间。
SiC MOSFET的短路耐受时间通常比IGBT短的原因主要有以下几点:
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SiC MOSFET具有更高的热传导性能。SiC材料具有更高的热导率和热扩散系数,可以更快地将器件内部产生的热量传递出去,使得器件温度上升更慢,从而使得短路耐受时间更短。(赵工评论:SiC材料具有更好的热性能不错,但器件温升慢使得短路耐受时间更短?你的逻辑呢?)
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SiC MOSFET的短路电流密度较高。在短路状态下,SiC MOSFET可以承受更高的电流密度,这意味着器件内部产生的热量更多,短路耐受时间更短。(赵工评论:SiC MOSFET不是能承受更高的电流密度,而是短路时产生的电流密度更高。但产生的热量更多导致短路耐受时间短倒是还OK)
- SiC MOSFET的开关速度更快。SiC MOSFET的电子迁移率比IGBT低,但SiC MOSFET的电场饱和电流密度比IGBT高,这意味着SiC MOSFET的开关速度更快,可以更快地响应短路事件,从而使得短路耐受时间更短。(赵工评论:开关速度更快,短路时间更短——这还是把短路耐受时间当成了短路关断时间啊,刚才澄清的那段话原来是一点儿没听进去)
(赵工评论:相比第一轮回答,ChatGPT还是有一些进步的,比如改正 了明显的错误,并且指出了短路电流密度更高这一关键原因。就是现象和结论之间的逻辑还是让人心梗。)
赵工卒
原文始发于微信公众号(英飞凌工业半导体):一步步纠正关于SiC MOSFET短路认知误区