【产品】正温度系数碳化硅二极管可替代硅功率二极管，正向导通电压更低

时间： 2016-01-25 来源：世强作者：Richard

功率二极管是电力电子功率设备最基本的组成单元，其单向导电性可用于功率电路的整流、箝位、续流等。功率二极管主要包括：普通功率二极管、快速功率二极管（FRD）和肖特基功率二极管（SBD）等等，了解这些功率二极管的特性，并合理应用功率二极管的性能是电力电子电路的重要内容，也是工程师必须要掌握的技巧。

那么，功率二极管哪几个重要特性会影响电力电子电路的性能指标呢？主要是正向导通特性、反向关断特性和工作温度特性。下面我们来一起探讨一下这些特性及影响。

正向导通特性

包括正向额定电流IF和正向导通电压UF，或者是正向IV曲线。正向额定电流越大、正向导通电压越小，则功率二极管的正向导通特性越好，在电力电子电路中的导通损耗就越小，功率效率就越高。

反向关断特性

包括反向阻断电压URRM和反向漏电流IRR及反向恢复时间TR，反向阻断电压越高，反向漏电流及反向恢复时间越小，则功率二极管的反向关断特性越好，在电力电子电路中的工作电压就可以越高、开关损耗就会越小，开关频率就可以越高，功率密度就会越高。

工作温度特性

包括热稳定性和热导率，热稳定性越好，则功率二极管工作越可靠，热导率越高，则散热越好，工作环境温度就可以越高。

那么，碳化硅（SIC）是什么？SIC是一种宽禁带半导体材料，这种材料不但击穿电场强度高、热稳定性好，还具有载流子饱和漂移速度高、热导率高等特点。具体来说，就是其导热性能是硅（SI）材料的3倍以上，在相同的反向电压下，SIC材料的击穿电场强度比SI材料高10倍，而其内阻仅是SI的百分之一。故SIC器件的工作电压可以做的很高，而工作温度可以达到600℃，而一般的SI器件最多能坚持到150℃。

下面是基于碳化硅材料的功率二极管和基于硅材料的功率二极管的特性比较。

图1是正向导通特性的比较，可以看出，碳化硅肖特基功率二极管的正向导通电压比硅PIN功率二极管低，但导通电阻高，导通损耗取决于正向电流的大小。但碳化硅肖特基功率二极管的正向导通电压是正温度系数，而硅PIN功率二极管的正向导通电压是负温度系数，因此，碳化硅肖特基功率二极管其并联扩流能力是硅PIN功率二极管所无法比拟的。如图2所示，碳化硅肖特基功率二极管，流过各自二极管的电流能够连续自主平衡分配，最终达到均流。这是因为其正温度系数的导通电压UF，随着温度的升高而增大，因此电流流向温度低的二极管，确保了静态电流的再次平衡分配。而硅PIN功率二极管，流过各自二极管的电流是不能自主平衡分配的，最终必将导致失衡失效。因为其导通电压UF是负温度系数，随着温度的升高而降低，因此电流流向温度高的二极管，导致电流分配失衡扩大而最终失效。

图1：碳化硅功率二极管（Schottky）和硅功率二极管（PiN）正向导通特性比较

图2：功率二极管并联扩流

图3是反向关断特性的比较，可以看出。碳化硅功率二极管的反向漏电流和反向恢复时间远远小于硅功率二极管，可大幅降低开关损耗，提高开关频率，因此，适用于比硅功率二极管高得多的工作电压范围的应用，包括整流、箝位、续流等。

图3：碳化硅功率二极管（Schottky）和硅功率二极管（PiN）反向关断特性比较

从这些特性对比可以看出，碳化硅功率二极管的性能优势主要体现在反向关断特性和工作温度特性上，包括高反向阻断电压、低反向漏电流和零反向恢复时间、高热稳定性能、较好散热性能等，从而可以大幅降低开关损耗，提高开关频率，减少器件、减少电感电容的体积尺寸，优化电路，提高系统效率，节约成本。

然而，单就碳化硅功率二极管和硅功率二极管的价差来看，确实还有较大的差异，但如果从碳化硅功率二极管带来的系统性能提升来看，将会发现其带来的总体效益远远超过两类器件的价差。碳化硅功率二极管特别适合体积小、重量轻的高压高频应用，如果充分发挥碳化硅功率二极管的特性，并结合碳化硅功率开关器件，这一整体优势将表现得更加明显。

现在，当碳化硅功率二极管遇上硅功率二极管时，你该知道如何选择了。世强将为你提供碳化硅全球领导厂商WOLFSPEED（原CREE）高性能的碳化硅功率二极管、MOSFET和功率模块，并为你提供优质的服务。

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