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电源系统应用实现小型与更低损耗的关键 | SiC肖特基势垒二极管

在功率二极管中损耗最小的SiC-SBD

关键词
  • 碳化硅
  • SiC 肖特基势垒二极管
  • SiC-SBD
  • 反向恢复时间
  • trr
  • 开关损耗
  • 快速恢复二极管
  • FRD
  • 温度特性
  • 正向电压
  • 功率因数改善 PFC

ROHM努力推进最适合处理高耐压与大电流电路使用SiC(碳化硅)材料的SBD(肖特基势垒二极管)。2010年在日本国内率先开始SiC SBD的量产,目前正在扩充第二代SIC-SBD产品阵容,并推动在包括车载在内的各种应用中的采用。
SiC-SBD具有以下特征。

当前的SiC-SBD

  • 反向恢复时间trr快(可高速开关)
  • ・trr特性没有温度依赖性
  • ・低VF(第二代SBD)
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下面介绍这些特征在使用方面发挥的优势。

大幅降低开关损耗

SiC-SBD与Si二极管相比,大幅改善了反向恢复时间trr。右侧的图表为SiC-SBD与Si-FRD(快速恢复二极管)的trr比较。恢复的时间trr很短,二极管关断时的反向电流IR大幅减少,收敛也更快。简言之即,反向恢复电荷量Qrr少=开关损耗小。

开关损耗小时,有2个可能性。第一个是,以相同的开关频率工作时,发热少,因而散热板和散热PCB板面积减小。当然,效率也提高。第二个是,容许相同的发热与损耗时,开关工作可以更高速。以开关电源为例,通过提高开关频率,将能够使用更小型的线圈(电感)与电容器,从而可实现小型化,更节省空间。

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实现稳定的温度特性

SiC的温度特性的变动比Si小,因此在高温条件下特性也很稳定。

上述的trr特性也相对于温度非常稳定。Si-FRD的trr随温度上升而増加,而SiC-SBD则能够保持几乎恒定的trr。此外,高温工作时,开关损耗也几乎没有増加。

另外,SiC-SBD的正向电压VF为1V左右,与Si-FRD几乎同等,但温度系数则表现为与Si-FRD相反的“正相关”特性,随温度上升而増加。正向特性图表的实线为25℃时的特性,虚线为125℃时的特性(以不同颜色表示不同代的产品)。这里的特性显示不太可能出现因温度上升而引发的热失控,在并联连接时等高温条件下均可确保安全工作。

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第二代产品正向电压更低,导通损耗也更低

目前,ROHM的第二代SiC-SBD已实现量产供应。第二代SiC-SBD通过改善制造工艺,使漏电流与trr性能保持了和以往产品同等水平,VF则能降低约0.15V。其结果是,因VF降低,而实现更低导通损耗。正向特性图表的红色波形是第一代SiC-SBD,蓝色是第二代,可确认VF的降低。

SiC-SBD因高速trr而使开关损耗降低,加之VF的改善,在功率二极管中可以说是损耗最小的二极管。

促进电源系统应用的效率提高与小型化

前面已经介绍了SiC-SBD的特征,下面将介绍一些其典型应用。主要是在电源系统应用中,将成为代替以往的Si二极管,解决当今的重要课题——系统效率提高与小型化的关键元器件之一。

<应用例>

  • PFC(功率因数改善)电路
  • 电机驱动器电路
  • PV Inverter(电机) 等

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在产品阵容中,拥有符合AEC-Q101标准的支持车载应用的产品,在全球已经被EV及HEV的板上充电控制电路所采用,并已拥有丰硕的市场业绩。

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