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在功率二極體中損耗最小的SiC-SBD

在功率二極體中
損耗最小的SiC-SBD

Keyword
  • 碳化矽
  • SiC 蕭特基二極體
  • SiC-SBD
  • 反向恢復時間
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  • 開關損耗
  • 快速恢復二極體
  • FRD
  • 溫度特性
  • 正向電壓
  • 功率因數改善 PFC

ROHM努力推進最適合處理高耐壓與大電流電路使用SiC(碳化矽)材料的SBD(蕭特基二極體)。2010年在日本國內率先開始SiC SBD的量產,目前正在拓展第二代SiC-SBD,並推動在包括車載在內的各種應用中的採用。

SiC-SBD具有以下特長。

  • 反向恢復時間trr快(可高速開關)
  • ・trr特性沒有溫度相依性
  • ・低VF(第二代SBD)
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下面介紹這些特長在使用方面發揮的優勢。

大幅降低開關損耗

SiC-SBD與Si二極體相比,大幅改善了反向恢復時間trr。右側的圖表為SiC-SBD與Si-FRD(快速恢復二極體)的trr比較。恢復的時間trr很短,二極體關斷時的反向電流IR大幅減少,收斂也更快。簡言之即,反向恢復電荷量Qrr少=開關損耗小。

開關損耗小時,有2個可能性。第一個是,以相同的開關頻率工作時,發熱少,因而散熱板和散熱PCB板面積減小。當然,效率也提高。第二個是,額定相同的發熱與損耗時,開關工作可以更高速。以開關電源為例,通過提高開關頻率,將能夠使用更小型的線圈(電感)與電容,從而可實現小型化,更節省空間。

P16-2_sw

實現穩定的溫度特性

SiC的溫度特性的變動比Si小,因此在高溫條件下特性也很穩定。

上述的trr特性也相對於溫度非常穩定。Si-FRD的trr隨溫度上升而増加,而SiC-SBD則能夠保持幾乎恒定的trr。此外,高溫工作時,開關損耗也幾乎沒有増加。

另外,SiC-SBD的正向電壓VF為1V左右,與Si-FRD幾乎同等,但溫度係數則表現為與Si-FRD相反的“正相對”特性,隨溫度上升而増加。正向特性圖表的實線為25℃時的特性,虛線為125℃時的特性(以不同顏色表示不同代的產品)。這裡的特性顯示不太可能出現因溫度上升而引發的熱失控,在並聯連接時等高溫條件下均可確保安全工作。

P16-2_trr

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第二代產品正向電壓更低,導通損耗也更低

目前,ROHM的第二代SiC-SBD已實現量產供應。第二代SiC-SBD通過改善製造製程,使漏電流與trr性能保持了和傳統產品同等水平,VF則能降低約0.15V。其結果是,因VF降低,而實現更低導通損耗。正向特性圖表的紅色波形是第一代SiC-SBD,藍色是第二代,可確認VF的降低。

SiC-SBD因高速trr而使開關損耗降低,加之VF的改善,在功率二極體中可以說是損耗最小的二極體。

促進電源系統應用的效率提高與小型化

前面已經介紹了SiC-SBD的特長,下面將介紹一些其典型應用。主要是在電源系統應用中,將成為代替傳統的Si二極體,解決當今的重要課題——系統效率提高與小型化的關鍵元件之一。

<應用例>

  • PFC(功率因數改善)電路
  • 馬達驅動器電路
  • PV Inverter(馬達) 等

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在產品產品一覽中,擁有符合AEC-Q101標準的支援車載應用的產品,在全球已經被EV及HEV的板上充電控制電路所採用,並已擁有豐碩的市場業績。

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