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2017.08.25 SiC功率元件

所謂SiC-SBD-使用SiC-SBD的優勢

SiC蕭基特二極體

有關SiC-SBD﹙碳化矽-蕭特基二極體﹚,先前其特性已經與Si矽二極體進行過比較,並已說明目前可以取得之產品,這次我們再一次彙整和回顧SiC-SBD的優點。

SiC-SBD、Si-SBD、Si-PND的特徵

SiC-SBD係以金屬接合半導體SiC(蕭特基接面)來產生蕭特基障壁。構造基本上與Si的蕭特基障壁二極體相同,只會有電子移動的電流產生。另一方面,Si-PND則由P型矽層和N型矽層的接面構造所組成,藉由電子和電洞的流動來產生電流。

SiC_2-5_sicsky

SiC-SBD和Si-SBD雖然有高速性的共同特徵,不過SiC-SBD除了有優越的高速性外更達到了高耐壓。Si-SBD的耐壓界限為200V,而SiC則由於具有相對於矽10倍絕緣破壊電場,目前1200V品已量產,1700V耐壓品也正在開發中。

Si-PND由於n-層會蓄積少數載子電洞使電阻値下降,雖然同時可以達到遠超過Si-SBD的高耐壓和低電阻,不過Turn-off的速度會變慢。

Si-PND中,儘管FRD可以提升高速性,然而trr特性等卻比SBD差。

右圖是Si-SBD、Si-PND/FRD和SiC-SBD的耐壓涵蓋範圍。SiC-SBD由於大幅超越了Si-PND/FRD的耐壓範圍,因此可以改善此領域下Si-PND/FRD的trr。

SiC_2-5_cover

SiC-SBD的trr

在與Si-FRD做比較時已經說明了Si-SBD具有優越的trr特性,而且幾乎沒有溫度及電流相依性。

SiC_2-5_comptemp

SiC-SBD的順向特性

Si-SBD的順向特性與Si-PND不同,這是因為性質或構造不同的緣故。尤其在溫度特性方面,Si-FRD雖然VF會隨高溫而降低使導通損耗減少,由於IF反而會増加,故有可能陷入熱失控狀態。

反之,SiC-SBD由於VF會隨著高溫而變高,因此不會發生熱失控。不過,因VF會上升,故IFSM(順向突波電流)將比Si-FRD低。

SiC_2-5_vfcompa

SiC-SBD的優點

從SiC-SBD的這種特徵來看,能取代Si-PND/FRD的優點便是來自於SiC-SBD的「高速性」。

  1.trr速度快,可大幅降低回復損耗,達到高效率
  2.同理,由於逆電流小故雜訊小,
   所以可簡略雜訊/突波對策零件,達到小型化
  3.高頻運作,周邊也能選用小型電感

以下以圖片說明:

SiC_2-5_comptrr
SiC_2-5_pfc

此外,由於對溫度非常穩定,因此也可以因應車規等級,SiC-SBD在HV/EV/PHV的車載充電電路中的效能已經獲得肯定。

SiC_2-5_ev

重點:

・ROHM的SiC-SBD已經進化到第3代。

・第3代產品改善了突波電流耐受量和漏電流,更進一步降低第2代的低VF值。

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