SiC器件

SiC(碳化硅)器件具有出色的特性,能夠?qū)崿F(xiàn)高耐壓、低功耗、高頻動(dòng)作和高溫動(dòng)作。使用SiC的功率半導(dǎo)體能夠?qū)崿F(xiàn)大幅節(jié)能和安裝產(chǎn)品的小型化、輕量化。近來年,眾多國際半導(dǎo)體廠商都開始大力研發(fā)SiC功率器件,可以說,是電力電子技術(shù)一大飛躍,它可以打破硅的極限,成為下一代電力電子器件。
SiC器件結(jié)構(gòu)和特征
SiC能夠以高頻器件結(jié)構(gòu)的SBD(肖特基勢壘二極管)結(jié)構(gòu)得到600V以上的高耐壓二極管(Si的SBD最高耐壓為200V左右)。因此,如果用SiC-SBD替換現(xiàn)在主流產(chǎn)品快速PN結(jié)二極管(FRD:快速恢復(fù)二極管),能夠明顯減少恢復(fù)損耗。有利于電源的高效率化,并且通過高頻驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)電感等無源器件的小型化,而且可以降噪。
廣泛應(yīng)用于空調(diào)、電源、光伏發(fā)電系統(tǒng)中的功率調(diào)節(jié)器、電動(dòng)汽車的快速充電器等的功率因數(shù)校正電路(PFC電路)和整流橋電路中。

SiC-SBD的正向特性
SiC-SBD的開啟電壓與Si-FRD相同,小于1V。開啟電壓由肖特基勢壘的勢壘高度決定,通常如果將勢壘高度設(shè)計(jì)得低,開啟電壓也可以做得低一些,但是這也將導(dǎo)致反向偏壓時(shí)的漏電流增大。
SiC-SBD的溫度依存性與Si-FRD不同,溫度越高,它的導(dǎo)通阻抗就會(huì)增加,從而VF值也增加。不易發(fā)生熱失控,所以可以放心地并聯(lián)使用。

SiC-SBD的恢復(fù)特性
Si的快速PN結(jié)二極管(FRD:快速恢復(fù)二極管)在從正向切換到反向的瞬間會(huì)產(chǎn)生極大的瞬態(tài)電流,在此期間轉(zhuǎn)移為反向偏壓狀態(tài),從而產(chǎn)生很大的損耗。這是因?yàn)檎蛲姇r(shí)積聚在漂移層內(nèi)的少數(shù)載流子不斷地進(jìn)行電傳導(dǎo)直到消亡(該時(shí)間也稱為積聚時(shí)間)。正向電流越大,或者溫度越高,恢復(fù)時(shí)間和恢復(fù)電流就越大,從而損耗也越大。
與此相反,SiC-SBD是不使用少數(shù)載流子進(jìn)行電傳導(dǎo)的多數(shù)載流子器件(單極性器件),因此原理上不會(huì)發(fā)生少數(shù)載流子積聚的現(xiàn)象。由于只產(chǎn)生使結(jié)電容放電程度的小電流,所以與Si-FRD相比,能夠明顯地減少損耗。
而且,該瞬態(tài)電流基本上不隨溫度和正向電流而變化,所以不管何種環(huán)境下,都能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)。另外,還可以降低由恢復(fù)電流引起的噪音,達(dá)到降噪的效果。

SiC-SBD的高頻特性
Si-FRD在太高的頻率工作,正向損耗,反向損耗都很大。頻率有局限性。長期高頻使用,Si-FRD循環(huán)次數(shù)大打折扣。
SiC-SBD正向損耗,反向恢復(fù)損耗變化不是很大。效率大大提高。



富士電機(jī) SiC-SBD(碳化硅肖特基勢壘二極管)產(chǎn)品陣容

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