SiC碳化硅二極管抗浪涌電流能力缺點(diǎn)以及應(yīng)對(duì)方式

隨著半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體器件制造技術(shù)的迅速發(fā)展和成熟，各種新型大功率電力電子裝置廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。如電力配電系統(tǒng)中的功率控制器 、功率調(diào)節(jié)器、有源電力濾波器等；大功率高性能 DC/DC 變流器、大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁與控制器、風(fēng)力發(fā)電中永磁發(fā)電機(jī)變頻調(diào)速裝置、大功率并網(wǎng)逆變器等；在電源方面的應(yīng)用如高壓脈沖電源及其控制系統(tǒng)、大功率脈沖電源、特種大功率電源及其控制系統(tǒng)等。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料由于具有優(yōu)異的潛在材料性能，在功率器件中得到了廣泛應(yīng)用，十幾年來(lái)一直是電力電子領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。其中碳化硅（SiC）功率器件的技術(shù)成熟度最高，幾年前率先進(jìn)入實(shí)用商品化階段后，保持了較高的增長(zhǎng)勢(shì)頭，吸引了產(chǎn)業(yè)界很多關(guān)注。相關(guān)新能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)（包括太陽(yáng)能、風(fēng)電、混合及純電動(dòng)汽車(chē)等）的發(fā)展更加速了SiC功率器件產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)。

與硅相比，SiC 作為第三代半導(dǎo)體材料，具有更寬的禁帶寬度，更高的擊穿電場(chǎng)、熱導(dǎo)率、電子飽和速率及抗輻射能力，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射的大功率器件。SiC 電力電子器件具有高壓高溫特性，突破了硅基功率半導(dǎo)體器件電壓(＞１kV)和溫度(＜150 ℃)限制所導(dǎo)致的系統(tǒng)局限性，臨界擊穿電場(chǎng)高達(dá) 2 MV/cm（4H-SiC），因此具有更高的耐壓能力（10 倍于 Si）。隨著 SiC 材料技術(shù)的進(jìn)步，各種 SiC 功率器件在低壓（600～1700V）領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用，更高耐壓的 SiC 功率器件還未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。盡管 SiC功率器件具有顯著的優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景，但仍許多問(wèn)題有待解決，包括封裝、門(mén)極驅(qū)動(dòng)、EMI 問(wèn)題等。

 SiC器件與硅器件的性能比較

（1）SiC具有更寬的禁帶寬度。

（2）SiC 具有更低導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗。

（3）SiC 散熱性更好。

（4）SiC 具有更快的開(kāi)關(guān)速度。

當(dāng)然，碳化硅器件也有其自身的缺點(diǎn)，在浪涌電流能力方面，由于SiC-SBD的浪涌值遠(yuǎn)低于相應(yīng)的硅FRD，因此成為非常重要的指標(biāo)。一般正向浪涌用額定電流的倍數(shù)來(lái)表示。早期SiC-SBD的浪涌，在5倍左右。而同規(guī)格的硅FRD，可達(dá)20倍。如果考慮到實(shí)際使用中硅器件需要降額到1/3左右的電流值，這就等于是5：60的差距。

 SiC碳化硅二極管浪涌電流能力的問(wèn)題，可以通過(guò)外圍電路來(lái)適當(dāng)改善，在PFC電路中，當(dāng)SiC-SBD浪涌電流值不夠的時(shí)候，需要為這個(gè)二極管（和電源側(cè)的電感一起）并聯(lián)硅二極管，降低浪涌電流，對(duì)SiC二極管進(jìn)行保護(hù)，雖然略微增加了器件成本，但是提高了電路的可靠性。

電路中SiC碳化硅二極管選用GP2D012065A產(chǎn)品，旁路二極管選用2顆S3M二極管，增加很少的成本，解決了大問(wèn)題。

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