碳化硅肖特基二極管在自動(dòng)化裝置中的應(yīng)用

  碳化硅肖特基功率二極管經(jīng)過10~15年的研究，已經(jīng)成功從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)化應(yīng)用。當(dāng)前德國Infineon，美國Cree、Semisouth，日本三菱等公司都提供相應(yīng)的器件，在高性能的國防、工業(yè)自動(dòng)化、汽車電子領(lǐng)域等得到了廣泛的應(yīng)用。由于其具有耐壓高、開關(guān)速度高、通態(tài)電阻低、耐高溫及良好的反向恢復(fù)特性等優(yōu)點(diǎn)，碳化硅肖特基功率二極管特別適合應(yīng)用于光伏最大功率跟蹤電路，作為Boost電路的快恢復(fù)二極管，它能顯著提高開關(guān)頻率，減小電感、電容等無源元件的大小與尺寸，減小裝置成本，提高裝置的效率。
 
  1. 碳化硅器件的典型應(yīng)用
  碳化硅二極管由于反向儲(chǔ)存電荷比較少，其優(yōu)點(diǎn)包括極快的開關(guān)速度、極寬溫度范圍中良好的恢復(fù)特性、正向壓降有正溫度系數(shù)易于并聯(lián)等。這使得碳化硅二極管特別適用于高頻應(yīng)用，如光伏最大功率跟蹤變換器中的快恢復(fù)二極管，橋式功率模塊中的續(xù)流二極管等。
 
  2. 最大功率跟蹤變換器應(yīng)用
  如圖1所示，碳化硅二極管適宜用于光伏最大功率跟蹤主電路或功率因數(shù)校正主電路作為快恢復(fù)二極管。

  設(shè)IDav為二極管電流平均值，I_Drms為二極管電流有效值，M 為占空比，θ為正弦相位角，二極管的導(dǎo)通損耗PC為：   取1200V/25A的硅快恢復(fù)二極管與碳化硅二極管在圖1中50%的占空比相比較。因?yàn)樵诮Y(jié)溫125℃，直流電壓為600V時(shí)，每個(gè)周期的關(guān)斷損耗硅二極管為0.2mJ，而碳化硅二極管為0.04mJ。所以達(dá)到器件殼溫80℃時(shí)，硅二極管只能工作于20kHz，而碳化硅二極管可以工作于200 kHz?？梢钥闯?，碳化硅肖特基二極管工作于光伏最大功率跟蹤主電路或功率因數(shù)校正主電路時(shí)，能顯著提高電路工作頻率，進(jìn)而減小電感、電容等儲(chǔ)能元件的大小與尺寸，對(duì)減小體積與節(jié)省成本有較大作用。
 
  3. 橋式功率模塊應(yīng)用
  由于開關(guān)速度快，損耗小，耐高溫，羅克韋爾自動(dòng)化等跨國公司研究在其傳動(dòng)產(chǎn)品中使用碳化硅二極管代替硅二極管的橋式功率模塊，電路如圖2所示。損耗對(duì)比如圖3所示。
  采用碳化硅二極管后，基本能消除二極管的反向恢復(fù)損耗。同時(shí)把二極管的反向恢復(fù)時(shí)間從數(shù)百納秒減少到數(shù)十納秒，從而減少死區(qū)與失真，還能顯著減少IGBT的開通能耗50%左右。無反向恢復(fù)電流同時(shí)使得開關(guān)的EMI減小，能提高裝置效率，減小濾波器的體積，減小散熱的需求。
 

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