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2017.07.06 SiC功率元器件

所谓SiC-SBD-使用SiC-SBD的优势

SiC肖特基势垒二极管

关于SiC-SBD,前面介绍了其特性、与Si二极管的比较、及当前可供应的产品。本篇将汇总之前的内容,并探讨SiC-SBD的优势。

SiC-SBD、SiーSBD、Si-PND的特征

SiC-SBD为形成肖特基势垒,将半导体SiC与金属相接合(肖特基结)。结构与Si肖特基势垒二极管基本相同,仅电子移动、电流流动。而Si-PND采用P型硅和N型硅的接合结构,电流通过电子与空穴(孔)流动。

SiC_2-5_sicsky

SiC-SBD和Si-SBD均具有高速性的特征,SiC-SBD不仅拥有优异的高速性且实现了高耐压。Si-SBD的耐压极限为200V,而SiC具有硅10倍的击穿场强,故ROHM已经开始量产1200V的产品,同时在推进1700V耐压的产品。

Si-PND通过在n-层积蓄少数载流子空穴而使电阻值下降,因此可同时实现远远超过Si-SBD的高耐压与低电阻,但关断速度较慢。

尽管FRD是Si-PND中提高了速度的产品,但其trr特性等劣于SBD。

右上图表示Si-SBD、Si-PND/FRD与SiC-SBD耐压的覆盖范围。可以看出SiC-SBD基本覆盖了Si-PND/FRD的耐压范围,因此可改善这个范围的Si-PND/FRD的trr。

SiC_2-5_cover

SiC-SBD的trr

通过与Si-FRD的比较介绍过Si-SBD具有优异的trr特性,而且几乎没有温度及电流依赖性。

SiC_2-5_comptemp

SiC-SBD的正向特性

Si-SBD的正向特性与Si-PND不同。这取决于物理特性和结构。尤其是温度特性,Si-FRD随着温度升高VF下降,传导损耗减少,但IF反而増加,从而可能陷入热失控状态。

而SiC-SBD随着温度升高,VF变高,不会热失控。但是VF上升,因此IFSM比Si-FRD低。

SiC_2-5_vfcompa

SiC-SBD的优势

从SiC-SBD的这些特征可以看出,替代Si-PND/FRD的优势是得益于SiC-SBD的“高速性”。

  1.trr高速,因此可大幅降低恢复损耗,实现高效率

  2.同样的原因,反向电流小,因此噪声小,
   可减少噪声/浪涌对策元器件,实现小型化
  3.高频工作,可实现电感等外围元器件的小型化

以下是具体案例和示意图。

SiC_2-5_comptrr
SiC_2-5_pfc

由于其温度稳定性非常优异等优势,还支持车载级应用,实际上已经在HV/EV/PHV的板上充电电路中采用并发挥着SiC-SBD的优势。

SiC_2-5_ev

关键要点:

・ROHMSiC-SBD已经发展到第3代。

・第3代产品的抗浪涌电流特性与漏电流特性得到改善,并进一步降低了第2代达成的低VF。

SiC(碳化硅)功率元器件的理解和活用事例