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  • SiC碳化硅二極管抗浪涌電流能力缺點與應對方式
    • 發布時間:2020-10-14 18:03:21
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    SiC碳化硅二極管抗浪涌電流能力缺點與應對方式
    隨著半導體材料和半導體器件制造技術的迅速發展和成熟,各種新型大功率電力電子裝置廣泛地應用于各個領域。如電力配電系統中的功率控制器 、功率調節器、有源電力濾波器等;大功率高性能 DC/DC 變流器、大功率風力發電機的勵磁與控制器、風力發電中永磁發電機變頻調速裝置、大功率并網逆變器等;在電源方面的應用如高壓脈沖電源及其控制系統、大功率脈沖電源、特種大功率電源及其控制系統等。
    隨著半導體技術的發展,第三代寬禁帶半導體材料由于具有優異的潛在材料性能,在功率器件中得到了廣泛應用,十幾年來一直是電力電子領域的研發熱點。其中碳化硅(SiC)功率器件的技術成熟度最高,幾年前率先進入實用商品化階段后,保持了較高的增長勢頭,吸引了產業界很多關注。相關新能源技術和產業(包括太陽能、風電、混合及純電動汽車等)的發展更加速了SiC功率器件產業的成長。
    與硅相比,SiC 作為第三代半導體材料,具有更寬的禁帶寬度,更高的擊穿電場、熱導率、電子飽和速率及抗輻射能力,更適合于制作高溫、高頻、抗輻射的大功率器件。SiC 電力電子器件具有高壓高溫特性,突破了硅基功率半導體器件電壓(>1kV)和溫度(<150 ℃)限制所導致的系統局限性,臨界擊穿電場高達 2 MV/cm(4H-SiC),因此具有更高的耐壓能力(10 倍于 Si)。隨著 SiC 材料技術的進步,各種 SiC 功率器件在低壓(600~1700V)領域實現了應用,更高耐壓的 SiC 功率器件還未實現量產。盡管 SiC功率器件具有顯著的優勢和廣泛的應用前景,但仍許多問題有待解決,包括封裝、門極驅動、EMI 問題等。
     SiC器件與硅器件的性能比較
    (1)SiC具有更寬的禁帶寬度。
    (2)SiC 具有更低導通損耗和開關損耗。
    (3)SiC 散熱性更好。
    (4)SiC 具有更快的開關速度。
    當然,碳化硅器件也有其自身的缺點,在浪涌電流能力方面,由于SiC-SBD的浪涌值遠低于相應的硅FRD,因此成為非常重要的指標。一般正向浪涌用額定電流的倍數來表示。早期SiC-SBD的浪涌,在5倍左右。而同規格的硅FRD,可達20倍。如果考慮到實際使用中硅器件需要降額到1/3左右的電流值,這就等于是5:60的差距。
     SiC碳化硅二極管浪涌電流能力的問題,可以通過外圍電路來適當改善,在PFC電路中,當SiC-SBD浪涌電流值不夠的時候,需要為這個二極管(和電源側的電感一起)并聯硅二極管,降低浪涌電流,對SiC二極管進行保護,雖然略微增加了器件成本,但是提高了電路的可靠性。
    碳化硅二極管
    電路中SiC碳化硅二極管選用GP2D012065A產品,旁路二極管選用2顆S3M二極管,增加很少的成本,解決了大問題。
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