Есть 8 причин, почему диоды из карбида кремния лучше, чем диоды из кремния
August 4, 2023
1. При том же номинальном напряжении диоды SiC занимают меньше места, чем диоды Si.
Напряженность поля диэлектрического пробоя SiC примерно в 10 раз выше, чем у устройств на основе кремния, а при заданном напряжении отсечки дрейфовый слой SiC тоньше, а концентрация легирования выше, чем у устройств на основе кремния. поэтому удельное сопротивление SiC ниже, а проводимость лучше.Это означает, что при том же номинальном напряжении чип SiC меньше, чем его кремниевый аналог.Дополнительным преимуществом использования чипа меньшего размера является то, что собственная емкость и связанный с ней заряд устройства ниже при заданном токе и номинальном напряжении.В сочетании с более высокой скоростью электронного насыщения SiC это обеспечивает более высокую скорость переключения и меньшие потери, чем устройства на основе Si.
2-диоды iC имеют лучшую производительность рассеивания тепла
Теплопроводность SiC почти в 3,5 раза выше, чем у устройств на основе Si, поэтому он рассеивает больше мощности (тепла) на единицу площади.В то время как упаковка может быть ограничивающим фактором при непрерывной работе, карбид кремния обеспечивает значительное преимущество и помогает разрабатывать приложения, уязвимые для переходных тепловых явлений.Кроме того, высокая термостойкость означает, что диоды SiC обладают более высокой долговечностью и надежностью без риска теплового выхода из строя.
3. Однополярные диоды SiC не имеют накопленного заряда, который замедляет работу и снижает эффективность.
SiC-диоды представляют собой униполярные полупроводниковые устройства Шотта, в которых только большинство носителей заряда (электронов) могут переносить ток.Это означает, что когда диод смещен в прямом направлении, обедненный слой перехода почти не накапливает заряд.Напротив, кремниевые диоды с PN-переходом являются биполярными диодами и накапливают заряды, которые необходимо снимать при обратном смещении.Это приводит к всплеску обратного тока, поэтому диод (и любые связанные переключающие транзисторы и буферы) имеют более высокие потери мощности, а потери мощности увеличиваются с увеличением частоты переключения.SiC-диоды создают всплески обратного тока при обратном смещении из-за присущего им емкостного разряда, но их пики все же на порядок ниже, чем у диодов с PN-переходом, что означает более низкое энергопотребление как для диода, так и для соответствующего переключающего транзистора.
4. Прямое падение напряжения и обратный ток утечки SiC-диодов соответствуют аналогичным параметрам Si.
Максимальное прямое падение напряжения SiC-диодов сравнимо с падением напряжения сверхбыстрых кремниевых диодов и все еще улучшается (небольшая разница наблюдается при более высоких номинальных напряжениях отсечки).Несмотря на то, что это диод типа Шоттки, обратный ток утечки и, как следствие, потребляемая мощность высоковольтных SiC-диодов относительно низки при обратном смещении, как и у сверхтонких кремниевых диодов при тех же уровнях напряжения и тока.Поскольку SiC-диод не обладает эффектом обратного восстановления заряда, любая небольшая разница в мощности между SiC-диодом и сверхтонким Si-диодом из-за прямого падения напряжения и обратного тока утечки более чем компенсируется уменьшением динамических потерь SiC.
5 - Ток восстановления диода SiC относительно стабилен в диапазоне рабочих температур, что может снизить энергопотребление.
Ток восстановления и время восстановления кремниевых диодов сильно зависят от температуры, что усложняет оптимизацию схемы, но этого изменения нет в диодах SiC.В некоторых схемах, таких как ступень коррекции коэффициента мощности с «жестким переключением», кремниевый диод, действующий как повышающий выпрямитель, может управлять потерями от прямого смещения при высоком токе до обратного смещения типичного однофазного входа переменного тока (обычно около напряжение шины D 400 В).Характеристики SiC-диодов могут значительно повысить эффективность таких приложений и упростить проектирование для разработчиков оборудования.
6 - диоды SiC могут быть подключены параллельно без риска теплового разгона
Преимущество SiC-диодов перед Si-диодами заключается также в том, что их можно включать параллельно, поскольку их прямое падение напряжения имеет положительный температурный коэффициент (в области ВАХ, относящейся к области применения), что помогает скорректировать все неравномерные протекания тока.Напротив, когда устройства подключены параллельно, отрицательный температурный коэффициент диода SiP-N может привести к тепловому разгону, требующему использования значительного снижения номинальных характеристик или дополнительных активных цепей, чтобы заставить устройство достичь выравнивания тока.
7. Электромагнитная совместимость (EMI) SiC-диодов лучше, чем у Si.
Еще одним преимуществом функции мягкого переключения SiC-диодов является то, что она может значительно уменьшить электромагнитные помехи.Когда кремниевые диоды используются в качестве переключающих выпрямителей, потенциально быстрые всплески обратных токов восстановления (и их широкий спектр) могут привести к проводимости и эмиссии излучения.Эти излучения создают системные помехи (через различные пути связи), которые могут превысить пределы электромагнитных помех системы.На этих частотах фильтрация может быть затруднена из-за паразитной связи.Кроме того, фильтры электромагнитных помех, предназначенные для подавления основных частот переключения и низких частот гармоник (обычно ниже 1 МГц), обычно имеют относительно высокую собственную емкость, что снижает эффект их фильтрации на более высоких частотах.В кремниевых диодах с быстрым восстановлением можно использовать буферы для ограничения частоты фронтов и подавления колебаний, тем самым снижая нагрузку на другие устройства и уменьшая электромагнитные помехи.Однако буфер рассеивает много энергии, что снижает эффективность системы.
8. Потери мощности при прямом восстановлении SiC-диода ниже, чем у Si
В кремниевых диодах источник потерь мощности при прямом восстановлении часто упускается из виду.При переходе включенного состояния из выключенного на диоде временно увеличивается падение напряжения, что приводит к перерегулированию, звону и дополнительным потерям, связанным с более низкой исходной проводимостью PN-перехода.Однако у SiC-диодов такого эффекта нет, поэтому не стоит беспокоиться о потерях при прямом восстановлении.