SiC碳化硅二极管抗浪涌电流能力缺点及应对方式

随着半导体材料和半导体器件制造技术的迅速发展和成熟，各种新型大功率电力电子装置广泛地应用于各个领域。如电力配电系统中的功率控制器 、功率调节器、有源电力滤波器等；大功率高性能 DC/DC 变流器、大功率风力发电机的励磁与控制器、风力发电中永磁发电机变频调速装置、大功率并网逆变器等；在电源方面的应用如高压脉冲电源及其控制系统、大功率脉冲电源、特种大功率电源及其控制系统等。

      随着半导体技术的发展，第三代宽禁带半导体材料由于具有优异的潜在材料性能，在功率器件中得到了广泛应用，十几年来一直是电力电子领域的研发热点。其中碳化硅（SiC）功率器件的技术成熟度最高，几年前率先进入实用商品化阶段后，保持了较高的增长势头，吸引了产业界很多关注。相关新能源技术和产业（包括太阳能、风电、混合及纯电动汽车等）的发展更加速了SiC功率器件产业的成长。

     与硅相比，SiC 作为第三代半导体材料，具有更宽的禁带宽度，更高的击穿电场、热导率、电子饱和速率及抗辐射能力，更适合于制作高温、高频、抗辐射的大功率器件。SiC 电力电子器件具有高压高温特性，突破了硅基功率半导体器件电压(＞１kV)和温度(＜150 ℃)限制所导致的系统局限性，临界击穿电场高达 2 MV/cm（4H-SiC），因此具有更高的耐压能力（10 倍于 Si）。随着 SiC 材料技术的进步，各种 SiC 功率器件在低压（600～1700V）领域实现了应用，更高耐压的 SiC 功率器件还未实现量产。尽管 SiC功率器件具有显著的优势和广泛的应用前景，但仍许多问题有待解决，包括封装、门极驱动、EMI 问题等。

 

 SiC器件与硅器件的性能比较

（1）SiC具有更宽的禁带宽度。

（2）SiC 具有更低导通损耗和开关损耗。

（3）SiC 散热性更好。

（4）SiC 具有更快的开关速度。

 

   当然，碳化硅器件也有其自身的缺点，在浪涌电流能力方面，由于SiC-SBD的浪涌值远低于相应的硅FRD，因此成为非常重要的指标。一般正向浪涌用额定电流的倍数来表示。早期SiC-SBD的浪涌，在5倍左右。而同规格的硅FRD，可达20倍。如果考虑到实际使用中硅器件需要降额到1/3左右的电流值，这就等于是5：60的差距。

 SiC碳化硅二极管浪涌电流能力的问题，可以通过外围电路来适当改善，在PFC电路中，当SiC-SBD浪涌电流值不够的时候，需要为这个二极管（和电源侧的电感一起）并联硅二极管，降低浪涌电流，对SiC二极管进行保护，虽然略微增加了器件成本，但是提高了电路的可靠性。

电路中SiC碳化硅二极管选用SemiQ公司的GP2D012065A产品，旁路二极管选用2颗S3M二极管，增加很少的成本，解决了大问题。

 

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