混合SiC与IGBT功率模块是大功率电力电子领域的创新方案。通过整合SiC的高开关频率、低损耗优势与IGBT的成本经济性，以实现“性能接近全碳化硅、成本低于全碳化硅”的目标，广泛适配太阳能逆变器、储能系统、充电桩、电驱逆变器等大功率应用。

要理解混合模块，首先要回顾一下传统IGBT和纯SiC MOSFET的优缺点。

传统IGBT的优点：技术成熟，成本相对较低，特别是在中高电压（如650V/1200V）和高功率领域，具有通态压降低（导通损耗小）的优势，非常适合工频或中低频开关；缺点：存在“电流拖尾”现象，导致开关速度慢，开关损耗非常大。这限制了开关频率的提升，同时也需要庞大的散热系统。

碳化硅 MOSFET的优点： 作为单极型器件，没有电流拖尾，开关速度极快，开关损耗极低。允许系统在更高的开关频率、更高温度下运行，从而减小无源元件（如电容、电感）的体积和散热器的尺寸；缺点： 成本较高（尤其是大电流型号），通态电阻随电流增大而迅速增加，在大电流应用中的导通损耗可能超过IGBT。

工程师们希望获得SiC带来的高频、高效优势，但又希望控制成本，尤其是在那些对成本敏感但又需要性能提升的应用中。因此混合碳化硅模块 应运而生。它将IGBT芯片和SiC SBD（肖特基势垒二极管）芯片封装在同一个模块里。用SiC SBD取代传统的硅FRD（快恢复二极管）。这是实现“混合”的关键一步。

混合SiC模块的核心作用就是在成本和性能之间取得一个极佳的平衡，显著提升系统效率，同时不过分增加成本。具体来说，它的作用和优势体现在以下几个方面。

1、大幅降低开关损耗：传统IGBT模块中，与IGBT反并联的硅FRD在反向恢复时会产生巨大的反向恢复电流和损耗（Qrr和Err）。SiC SBD是单极器件，几乎没有反向恢复问题（Qrr≈0）。用它替换硅FRD后，二极管关断时的损耗被消除了绝大部分。

2、系统总损耗降低： 尤其是在轻载和开关频率较高的工况下，效率提升非常明显。

3、允许更高开关频率： 由于开关发热减少，可以安全地提高开关频率，从而减小滤波器、变压器等磁性元件的体积和重量。

4、散热要求降低： 发热减少，可以减小散热器的尺寸，或提高相同散热条件下的输出功率。

5、改善系统可靠性：由于整体损耗和工作温度降低，模块内部各材料（如芯片、焊料、键合线）的热应力减小，从而延长了模块的使用寿命。

6、高性价比的性能提升：相比于全SiC模块（SiC MOSFET + SiC SBD），混合模块只将成本增加最多的续流二极管换成了SiC，而保留了成本相对较低的IGBT作为开关。这使得其总体成本远低于全SiC模块，但又明显优于传统全硅IGBT模块。

以22kW三相电机驱动变频器，直流母线电压为600V为例对比一下。

方案A：传统IGBT模块（硅IGBT + 硅FRD）

系统表现：开关频率通常设置在8kHz-15kHz，不能再高，否则开关损耗和发热会失控。输出电流纹波较大，电机电流波形不够平滑，可能导致电机噪音和发热。需要体积较大的输出滤波电抗器。散热器体积大。整机效率可能为97.5%。

方案B：混合SiC模块（硅IGBT + SiC SBD）

系统表现：开关频率可以轻松提升到20kHz-30kHz，甚至更高。由于二极管反向恢复损耗被消除，逆变器整体效率可以提升0.5% - 1%，达到约98.0% - 98.5%。对于常年运行的工业设备，这点效率提升能节省大量电费。输出电流纹波更小，电机运行更平稳，噪音更低。输出滤波电抗器的体积和重量可以减少30%-50%。在相同输出功率和开关频率下，模块结温更低，散热器可以做得更小。或者可以在不改变散热的情况下，适当提高输出电流（过载能力）。

方案C：全SiC模块（SiC MOSFET + SiC SBD）

系统表现：开关频率可以轻松达到50kHz - 100kHz。效率可能达到99%以上。磁性元件可以做得非常小，有可能实现“无滤波器”设计。价格可能是混合模块的1.5倍甚至2倍以上。

混合SiC和IGBT的功率模块，是一种极具工程智慧的技术折衷方案。它通过一个相对较小的改动（用SiC SBD替换硅FRD），以合理的成本增量，换来了系统效率、功率密度和可靠性的显著提升。它是功率半导体技术从“全硅”向“全碳化硅”演进过程中的一个非常重要的过渡产品和长期共存的高性价比解决方案。

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