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2017.05.11 SiC功率元器件

所谓SiC-SBD-与Si-PND的正向电压比较

SiC肖特基势垒二极管

前面对SiC-SBD和Si-PND的反向恢复特性进行了比较。下面对二极管最基本的特性–正向电压VF特性的区别进行说明。

SiC-SBD和Si-PND正向电压特性的区别

二极管的正向电压VF无限接近零、对温度稳定是比较理想的,但事实是不是零、并会受温度影响而变动。为了使大家了解SiC-SBD的VF特性,下面与Si-PND的FRD(快速恢复二极管)进行比较。

SiC_2-3_vfcompa

下图是相对于SiC-SBD和Si-FRD的正向电流IF的VF特性图。是从25℃到200℃按8个级别的温度条件测量的数据。

SiC-SBD随着温度的上升,IF开始流动,VF有些下降,但因电阻上升,斜率变缓和,在正常使用范围的IF下,VF上升。

Si-FRD随着温度的上升,VF单纯地下降。如图中的线条轨迹所示,无论哪个温度,斜率基本相同,VF单纯下降。

这些特性取决于其各自的物理特性和结构,但也各有各的优缺点。刚才提到理想的二极管。那么,Si-FRD的VF随着温度升高而下降,传导损耗减少,看起来好像是好事,但随着VF的下降,IF增加,即使损耗略有下降,但发热増加量更胜一筹,甚至可能陷入VF下降、IF增加的热失控状态。

而SiC-SBD随着温度升高,VF变高,不会热失控。但是VF上升,因此具有IFSM(瞬间大电流耐受能力)比Si-FRD低的缺点。

SiC-SBD的VF特性改善

为提升具有卓越本质的SiC-SBD的特性,使之更加易用,开发了VF降低的新一代产品。ROHM开发了第2代系列产品。ROHM的第1代产品及其他公司类似产品的VF当IF=10A时为1.5V,而第2代产品的VF低至1.35V。下图是参考值,是25℃和125℃时的IF vs VF示意图。

SiC_2-3_vf25
SiC_2-3_vf125

红色线条是ROHM第2代SiC-SBD的VF特性。

trr和VF损耗相关的研究

本篇介绍了SiC-SBD和Si-FRD的VF特性区别,下面看一下包括前篇的trr特性在内的损耗相关内容。

为对SiC-SBD进行说明,对trr和VF进行了与Si-PND(FRD)的比较,这是有原因的。左下图是本章开头对Si二极管和SiC二极管的耐压范围进行说明时使用的。关键在于,Si-PND/FRD和SiC-SBD的耐压范围基本相同,可用于相同应用。SiC-SBD是新的元器件,换个说法可以说,现有Si-PND/FRD覆盖的范围基本上都可以用SiC-SBD替换。

尤其是高速性很重要的应用等,在Si-FRD和SiC-SBD两者间权衡时,要想选出最适当的二极管,需要理解两者的特性。另外,毋庸置言,在探讨事项中“损耗降低”是最重要的课题。

前篇的trr对应开关损耗,本篇的VF对应传导损耗。关于Si-FRD和SiC-SBD,右下图是这两种损耗的情况。

SiC_2-3_cover
SiC_2-3_vftrr-1

trr越快VF越低,综合损耗越小。Si-FRD是trr越快,VF反而增加。而第2代SiC-SBD在保持传统SiC-SBD高速trr的基础上,将VF从1.5V降低到1.35V。

在目前情况下,功率Si-FRD和SiC-SBD中,第2代SiC-SBD最具有降低损耗的可能性。

关键要点:

・SiC-SBD的VF随着温度升高而上升,但Si-PND(FRD)的VF是下降的。

・高温下SiC-SBD的VF上升会使IFSM下降,但不会像VF下降的Si-PND(FRD)那样热失控。

・第2代SiC-SBD可以说是目前情况下降低VF、最有助于降低损耗的功率二极管。

SiC(碳化硅)功率元器件的理解和活用事例