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节能高效的SiC功率模块

来源:机房360 作者:英飞凌科技公司 张 熙 Daniel Domes Roland Rupp 更新时间:2014-1-13 10:52:20

摘要:近年来,市场上开始涌现出各种SiC(碳化硅)分立器件。文中介绍和论述了功率模块的SiC二极管和开关的应用,并将其与基于硅材料的功率模块进行比较。尽管SiC开关具备极低的整体动态损耗,但由于缺乏传导调制和芯片尺寸限制(由于SiC基材价格仍居高不下),仍有较高的静态损耗。各种1200V配置取决于频率的总损耗,这表明包含SiC开关的模块性能将在超过20kHz的应用中优于其他方案。


  选用的1200VSiC二极管为裸肖特基二极管。该二极管具备一个p+/p-JTE边缘终止结构和一个钛肖特基势垒。其势垒高度为1.27eV,可确保接近基于硅的PIN二极管的阈值电压。每个独立芯片的额定电流高达15A。通过将多个芯片并联,可获得续流二极管所需的额定电流。这些都可轻松实现,因为这些器件都具备正温度系数。每个IGBT芯片使用的二极管的总额定电流为IGBT标称额定电流的60%,主要归功于这些二极管具备出色的开关和热性能。

  图2显示的是与英飞凌IGBT芯片(基于IGBT2技术的S4芯片)结合使用的SiC肖特基二极管的典型开关特性。


  由于SiC肖特基二极管缺少反向恢复电荷,因此可大幅降低IGBT的栅极导通电阻,从而降低开通损耗(采用0.5Ω的电阻)。相对于基于硅的续流二极管,反向恢复电流被大幅降低。该模块的典型开关损耗如图3所示。

  通过降低SiC续流二极管的开通损耗,可提高转换器系统的效率或输出功率。这对于将效率视为重中之重的用户而言极具吸引力(例如太阳能应用),但效率并不是采用SiC续流二极管的唯一优势。采用SiC续流二极管,通过降低开通损耗,还可以提高开关频率。因此选用很小的输出滤波器可降低系统体积和成本。


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