Tesla：减少75%的SiC用量！会是它吗？

Tesla, 减少75%的碳化硅用量！这......要逆天？不可能，绝对不可能！但作为一个接触到的都是工业方面应用的我来说，首先，我不是很了解汽车领域的主流方案，不知道到了那种程度，但作为第一个在电动汽车上大量导入碳化硅的特斯拉来说，不可能空穴来风地大放厥词。其次，我也不允许他在我们如此看好碳化硅的时候给我们来个“倒退”。那应该如何去看待技术界的“大瓜”呢。

现在是凌晨一点，十二点的我还懒在酒店的沙发上刷手机，刷到了很多关于特斯拉的优秀公众号文章，分析得都很nice，其中看到碳化硅芯观察的一篇文章，讲到Si IGBT+SiC MOSFET的混合碳化硅，看到拓扑图的那一刻，“我们好像在哪儿见过，你记得吗？”（第一次用iPad写文章，多包含）

突然记起之前有看到过一篇涉及到这样子的文献，但是当时只是略微看了下，因为相对于当时接触到的应用方案，我认为还要好些时间才能碰到它。可是，时间总是喜欢跟我玩漂移，白驹过隙似的，这么快可能就到它了。可能很多前辈早已看透这一些，但对于我而言还是需要好好学习学习的，今天我们就来一起看看这是怎么一回事......

当下

提到混合碳化硅模块，我可能直观的反映是IGBT+SiC SBD，或者SiC MOSFET替代掉部分Si IGBT的模块，比如三电平拓扑中高频管换成SiC MOSFET等等。以上我们之前提到过，是在性能和成本之前权衡后产生的过渡方案，而上图Si IGBT和SiC MOSFET并联应用的方案可以说没见过。

碳化硅目前讨论最多的还是单极性器件，包括SBD和SiC MOSFET，当然双极性SiC IGBT也是颇有讨论，但仍有待进展。

碳化硅的众多优势我们这边就不再赘述了，但高开关速度下的串扰和振荡以及略小的短路耐受能力给我们再实际应用中提出了更高的要求，但很成熟的Si IGBT虽然这方面略显劣势，但短路和振荡显得稍能让人接受，所以结合彼此的长短，以及考虑成本的基础上出现了这种“新”的拓扑，两者并联的交叉开关（XS）方案，也叫cross-switch hybrid方案，是的，也叫混合碳化硅模块，但不同于我们之前讨论的混合碳化硅。

Cross-switch Hybrid

XS混合模块示意图：

就像我们前文说的，这种混合碳化硅模块本质上也是性能和成本的结合，看完下文你会发现它和Tesla所说的75%是多么契合。

有幸还能找到那篇文献，其中它针对XS，纯Si IGBT和纯SiC MOSFET，并基于双脉冲测试进行了对比，我们一起来看看～～～

配置信息：

XS模块：25Ａ/1200V(6.5mmx6.5mm) SPT IGBT

+30A/1200V(4.1mmx4.1mm, 80mohm) SiC MOS

IGBT和MOS的面积是3:1，即SiC面积占25%，也就是说减少了75%！

纯Si IGBT：由于XS是两个芯片并联，所以这边也是采用两个IGBT并联达到50Ａ/1200V

纯SiC MOSFET：两并达到50Ａ/1200V

当然，为了充分的对比，首先针对XS和单个Si IGBT和单个SiC MOSFET进行了对比，如下：

25摄氏度下的传输特性曲线对比

150摄氏度下的输出特性曲线

从静态特性可以看出，XS模块静态参数特性代表了两个器件的组合。

另外，在150摄氏度下XS和两并的纯Si和SiC的输出特性对比，如下，

我们可以看出，在大电流下XS混合模块能够拥有比纯SiC MOSFET更小的导通压降，即导通损耗；在小电流下能够拥有比纯Si IGBT更小的导通压降。这权衡了分别在大小电流下两个纯期间的劣势，同时由于XS的大面积，热阻相对于纯SiC会更小，但这一点显示热性能有所提高。这是静态特性的对比，我们来看看动态特性下，三者的对比。

采用双脉冲测试来进行开关特性的对比，电路图如上，电感为60nH，50A/1200V的SiC SBD，Rg,off为10ohm。

从关断波形我们可以看到，纯SiC MOSFET关断速度最快，而纯Si IGBT因为少子存储导致的关断慢并带拖尾，XS混合处在两者之间，缓解了SiC由于关断速度较快而导致的电压尖峰，同时也缓解了纯Si IGBT由于拖尾而导致的较大损耗。可以说又是兼顾到了纯SiC MOSFET和Si IGBT的优劣势。

另外，还给出了关断损耗和电压尖峰跟关断电阻Rg,off的依赖关系: