圖8：100％扭力電流下每個開關的功率耗損
圖8則是在100％扭力電流下以同樣方式進行比較。
功率耗損分為開關（傳導和切換）和反平行二極體，以找出主要差別。和硅基IGBT相比，碳化硅MOSFET解決方案很明顯可大幅降低整體功率損耗。有這樣的結果是因為無論靜態和動態狀況下，不分開關或二極體，功率耗損都會減少。
最后，無論是4或8 kHz的切換頻率，兩種負載狀況的功率耗損減少都落在50％范圍以內。
從這些結果可以看出，這樣做就能達成更高的能源效率，減少散熱片的散熱需求，對重量、體積和成本來說也都有好處。
表3總結了整個反相器相關功率耗損的模擬結果（作業點100％），以及為了讓兩種元件接面溫度維持在110 °C所必需的相關散熱片熱電阻條件。
表3：模擬結果概況（作業點100％）
在模擬所設定的條件下，當8 kHz時Rth會從硅基IGBT的0．22 °C／W降到碳化硅MOSFET的0．09 °C／W。大幅減少代表散熱片可減容5：1（就強制對流型態的產品而言），對系統體積、重量和成本有明顯好處。在4 kHz的狀況下，Rth會從0．35降到0．17 °C／W，相當于4：1容減。
5．對能源成本的經濟影響
當工業應用對能源的需求較高且必須密集使用，能源效率就成了關鍵因素之一。
為了將模擬的能源耗損數據結果轉換成能源成本比較概況，必須就年度的負載設定檔和能源成本這些會隨著時間或地點而有所不同的參數，設定一些基本假設。為達到簡化的目的，我們把狀況設定在只含兩種功率位階（負載因素100和50％）的基本負載設定檔。設定檔1和設定檔2的差別，只在于每個功率位準持續的時間長短。為凸顯能源成本的減少，我們將狀況設定為持續運作的工業應用。任務檔案1設定為每年有60％的時間處于負載50％，其他時間（40％）負載100％。任務檔案2也是這樣。
對于每個任務檔案全年能源成本的經濟影響，乃以0．14 €／kWh為能源成本來計算（歐洲統計局數據，以非家庭用戶價格計算）。
從表4可以看出，碳化硅MOSFET每年可省下895．7到1415 kWh的能源。每年可省下的對應成本在125．4到198．1歐元之間，如電壓變動比率限制不那麼嚴格，則可省更多。
表4：碳化硅MOSFET每年為每個任務檔案所省下的能源和成本
6．結論
本文針對採用1200 V硅基IGBT和碳化硅MOSFET之工業傳動用反相器，進行了效能基準測試。內容還特別探討馬達繞線和軸承保護所導致在電壓變動比率方面的技術限制，接著在20 kW工業傳動條件下，針對上述技術與限制進行比較。結果顯示，使用碳化硅MOSFET取代硅基IGBT可大幅增加電力能源效率，即使換流速度限制在5 V／ns。比較成本后也發現，在特定的假設條件下，這種做法可減少一般工業傳動應用的能源費用支出。
作者：意法半導體Carmelo Parisi，Antonino Raciti，Angelo Sciacca