碳化硅功率器件在电力应用设备中的优良特性!-国晶微半导体

碳化硅肖特基二极管选型工程师
2021-07-02

  为优化开关电源电路的效率和尺寸,碳化硅二极管必须具有较短的反向恢复时间和较短的正存恢复时间、较小的漏电电流和较低的开关损耗。过压和浪涌电流能力十分重要,可用于处理功率因数校正(PFC)中因起动和交流衰减而产生的浪涌和过流等问题,只有使用SiC肖特基二极管才能实现这些特性。


  相对于Si或GaAs的传统功率二极管,sicsbd可明显减少开关损耗,提高开关频率,并使工作电压范围高于Si工艺。SiC肖特基二极管作为开关电源,具有结构紧凑、开关频率高、工作可靠等特点,可用于PC机、服务器、手机基站等系统。在缺乏正向和反向恢复电荷的情况下,可以采用较小的MOSFET来降低成本,降低器件温度,提高开关电源的可靠性。这些二极管由于较低的开关损耗,不需要复杂的谐振开关电路或缓冲器,在高开关频率下工作。切换损耗低,也无需在开关电源中使用散热器和风扇。SiC肖特基二极管的开断特性不受正向电流、开关速度(di/DT)、温度等因素的影响,因此在设计中被广泛采用。SiC肖特基二极管在设计上可达到最大开关频率(高达1MHz),因而可使用较小的无源元件。


  通过一个SiC肖特基二极管在并联开关电源中的应用实例,说明了SiC肖特基二极管的优良特性。


  1.碳化硅肖特基二极管实验单元。


  SiC肖特基二极管实验的电路模型如图所示。该系统包括八个碳化硅的肖特基二极管。这两种二极管分别安装在铜负极和铜负极,用铝等电位连接线连接在铜正极和陶瓷基片上。硅橡胶是用来绝缘碳化硅肖特基二极管的。试验中,八个二极管的固有参数不尽相同。


  2.平行试验分析。

碳化硅肖特基二极管-国晶微半导体

  对SiC肖特基二极管,并联并联不是问题,而且SiC肖特基二极管几乎没有开关损耗,因此只考虑直流电流。最后,模拟了SiCSiC肖特基二极管并联谐振。过渡分析模型如图所示。


  为验证每一个二极管在SiC肖特基二极管模块中的每一个二极管电流都不能直接测量,为验证每一个二极管在直流电流中的分路性,对SiC肖特基二极管模块中的每个二极管的表面温度进行了测量。还需要验证并行芯片间的共振。类似地,二极管的电流和电压不能测量,因此可以测量模块的电压和电流。试验表明,每个二极管的温升变化不大,如表1所示。SiC肖特基二极管的应用使整个开关系统的损耗大大降低,同时,在分路不均的情况下,谐振对开关系统没有太大影响。


  对电力电子器件而言,SiC材料的优点不仅仅是提高器件的耐压性能。由于SiC电力电子器件在降低功耗方面具有很大的潜力,因此,SiC电力电子器件要进入市场,与硅器件竞争非常重要。目前碳化硅功率器件如碳化硅肖特基势垒二极管还在进行实验验证。作为一种新型的电力电子器件材料,碳化硅具有节能等优点,在电力电子技术中得到了迅速的应用。SSIC和Si在电力电子技术领域的另一个竞争优势是,它们可以同时考虑器件的功率、频率和高温。这是电力电子技术进一步发展的基本要求,而硅、砷化镓等具有很大的局限性。


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国晶微半导体-碳化硅肖特基功率器件

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