【应用】虚拟零反向恢复电流SiC肖特基二极管实现低功耗CCM PFC
SiC肖特基二极管是CCM PFC升压二极管应用的理想器件，因为其具有优异的反向恢复特性—零反向恢复电流。SiC肖特基升压二极管的选择不同于它的计数器部分—硅超快速软恢复二极管，通常由于其过大的反向恢复能量损耗而过大。本文为电源设计者针对不同功率额定CCM PFC升压变换器如何选择合适的SiC肖特基，提供了一个详细的解释和计算。
自2001年1月以来，由于IEC-61000－4-3的强制性要求，有源功率因数校正已被广泛应用于AC/DC开关电源（SMPS）设计中。对于输出功率额定值高于300 W的SMPS，有源PFC升压转换器通常被设计为工作在连续导通模式（CCM）中。SiC肖特基是这种应用的理想选择，此外许多低功率SMPS设计采用PFC以满足新的效率标准。典型的有源PFC升压转换器如图1所示。
图1 有源PFC升压转换器原理图
在升压二极管关断和升压MOSFET导通过渡期间，硅二极管中的过度反向恢复电流不仅增加了二极管本身的开关损耗，而且还导致MOSFET导通的开关损耗，这导致了需要更大的MOSFET和升压二极管，以满足效率和热规范要求。
SiC肖特基二极管由于具有虚拟零反向恢复电流，是PFC电路中的理想器件。二极管中的开关损耗将急剧降低，以及升压MOSFET中的导通开关损耗减小，这将导致升压MOSFET和二极管的尺寸减小。此外，硅升压二极管和MOSFET的缓冲电路也可以从电路中消除。使用SiC肖特基二极管将提供一个更好的整体系统解决方案，获得更高的效率，更少的EMI噪声，更小的散热片体积和PCB面积。此外，较低的元件计数不仅降低了元件成本，而且还减少了材料处理时间、板装配和电路测试时间，以节约制造成本。
SiC是一种宽带隙高击穿场材料，可以制造高电压肖特基二极管。具有600V、650V和1200V的SiC肖特基二极管C3D10060G、C3D10060、C3D10060G-TR、C3D10060A在市售。600V二极管可提供1, 2, 3，4, 6, 8，10, 16，和20A电流额定值。650V二极管可提供6, 8和10A电流额定值。1200V二极管可提供2, 5，7.5，10, 15, 20，30，和40A电流额定值。
高电压SiC肖特基二极管的主要优点在于其优越的动态性能。肖特基二极管是多数载流子器件，因此不在它们的结中存储电荷。SiC肖特基二极管中的反向恢复电荷极低，仅是结电容的结果，而不是存储电荷。此外，不同于硅PIN二极管，SiC肖特基的反向恢复特性与Di/dt、正向电流和结温无关。SiC肖特基的最大结温为175°C代表实际工作温度。在典型的硬开关CCM PFC升压转换器应用中，SiC肖特基的超低结电荷导致开关损耗降低。典型的10A SiC肖特基二极管的正向特性如图2所示。
图2碳化硅肖特基二极管C3D10060的正向特性
升压二极管中功率损耗的计算是有两个原因的。首先二极管的电流处理能力仅仅是功率损耗和工作结温度的函数。因此通过计算功率损耗，设计者可以保证选择适当尺寸的二极管。其次MaTCAD程序允许设计者根据他们的效率目标选择二极管。
升压二极管的功率损耗由导通损耗和开关损耗组成。在给定正向偏置电流下，导通损耗主要是由二极管正向压降引起的，开关损耗是由反向恢复能量损失引起的。在SiC肖特基二极管中，导通损耗是主要的功率损耗，并且开关损耗几乎可以忽略，因为反向恢复电流接近于零。然而在硅升压二极管中，反向恢复能量损耗与传导损耗相比要高得多，因此电源设计者必须选择更大的器件（升压二极管和MOSFET），以满足效率和热需求。为了避免用相同的额定电流SiC器件替换硅二极管的常见误解，已经建立了一步一步的SiC肖特基升压二极管功率损耗MthCAD文件，以便给SMPS设计者提供一个合适的SiC肖特基二极管。
由于SiC肖特基的虚零反向恢复电流，SiC肖特基升压二极管的选择与硅二极管不同。由于SiC肖特基反向恢复特性与Di/dt、正向偏置电流和结温无关，因此简化了计算。通常，在PFC应用中由于过多的反向恢复能量损失，必须选择过大的硅二极管，以满足过热和效率要求。在SiC肖特基情况下，与同功率额定功率PFC应用中的硅二极管相比，二极管额定电流或管芯尺寸可大幅减小。
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