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  • SiC碳化硅二極管抗浪涌電流能力缺點(diǎn)與應(yīng)對方式
    • 發(fā)布時(shí)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(diǎn)與應(yīng)對方式
    隨著半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體器件制造技術(shù)的迅速發(fā)展和成熟,各種新型大功率電力電子裝置廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。如電力配電系統(tǒng)中的功率控制器 、功率調(diào)節(jié)器、有源電力濾波器等;大功率高性能 DC/DC 變流器、大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)的勵磁與控制器、風(fēng)力發(fā)電中永磁發(fā)電機(jī)變頻調(diào)速裝置、大功率并網(wǎng)逆變器等;在電源方面的應(yīng)用如高壓脈沖電源及其控制系統(tǒng)、大功率脈沖電源、特種大功率電源及其控制系統(tǒng)等。
    隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料由于具有優(yōu)異的潛在材料性能,在功率器件中得到了廣泛應(yīng)用,十幾年來一直是電力電子領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。其中碳化硅(SiC)功率器件的技術(shù)成熟度最高,幾年前率先進(jìn)入實(shí)用商品化階段后,保持了較高的增長勢頭,吸引了產(chǎn)業(yè)界很多關(guān)注。相關(guān)新能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)(包括太陽能、風(fēng)電、混合及純電動汽車等)的發(fā)展更加速了SiC功率器件產(chǎn)業(yè)的成長。
    與硅相比,SiC 作為第三代半導(dǎo)體材料,具有更寬的禁帶寬度,更高的擊穿電場、熱導(dǎo)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(dǎo)體器件電壓(>1kV)和溫度(<150 ℃)限制所導(dǎo)致的系統(tǒng)局限性,臨界擊穿電場高達(dá) 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(shù)的進(jìn)步,各種 SiC 功率器件在低壓(600~1700V)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用,更高耐壓的 SiC 功率器件還未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。盡管 SiC功率器件具有顯著的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景,但仍許多問題有待解決,包括封裝、門極驅(qū)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(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。
    (3)SiC 散熱性更好。
    (4)SiC 具有更快的開關(guān)速度。
    當(dāng)然,碳化硅器件也有其自身的缺點(diǎn),在浪涌電流能力方面,由于SiC-SBD的浪涌值遠(yuǎn)低于相應(yīng)的硅FRD,因此成為非常重要的指標(biāo)。一般正向浪涌用額定電流的倍數(shù)來表示。早期SiC-SBD的浪涌,在5倍左右。而同規(guī)格的硅FRD,可達(dá)20倍。如果考慮到實(shí)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(dāng)改善,在PFC電路中,當(dāng)SiC-SBD浪涌電流值不夠的時(shí)候,需要為這個(gè)二極管(和電源側(cè)的電感一起)并聯(lián)硅二極管,降低浪涌電流,對SiC二極管進(jìn)行保護(hù),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(chǎn)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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