「芯报告」用于SMPS应用的SiC二极管评估

云脑智库 2022-05-22 00:00


来源 | 芯tip

智库 | 云脑智库(CloudBrain-TT)

云圈 | “云脑智库微信群”,请加微信:15881101905,备注您的研究方向

声明 | 本号聚焦相关知识分享,内容观点不代表本号立场,可追溯内容均注明来源,若存在版权等问题,请联系(15881101905,微信同号)删除,谢谢

报告主题:用于SMPS应用的SiC二极管评估

报告作者:Prof. K Shenai

报告详细内容



商用功率转换器

250V/0.1A 碳化硅肖特基二极管

• 正向导通异常

• 材料参数因缺陷部位而异

• 理想因子 (n) 代表二极管的质量

• 一个好的二极管有 n ~1

正向 I-V 特性

• 硅二极管的导通电压比SiC二极管低得多

• 低正向偏压下SiC肖特基和PN二极管中缺陷引起的多余电流

反向恢复测试电路

• 正向电流随 Q1 栅极脉冲的脉冲宽度调整

• 栅极脉冲施加到 Q1 以启动二极管的反向恢复

• 关断 dI/dt 由 RG 反向恢复控制

• VDD、ION、diR/dt 各种条件下的性能

反向恢复性能

• 由于结电容肖特基二极管反向恢复与温度无关 PN 二极管反向恢复与导通电流弱相关,因此出现关断电流拖尾

用于二极管测试的 DC-DC 降压转换器

DC-DC 降压转换器性

SiC 肖特基、SiC PN 和 Si PiN 二极管

• 低电压 SiC 和 Si PiN 二极管的开关性能相当

• 零电压开关配置中的开关瞬态可忽略不计

• 低电压 SiC 器件仅提供高温操作的优势

硬开关降压转换器的性能

• 硅二极管转换器在90W、30kHz、290K下失效

二极管性能模拟-PiN二极管的硬开关

• 静态和开关模拟与测量4H-SiC材料参数的合理匹配

ZVS降压转换器性能-PiN二极管

• 静态和开关模拟与测量4H-SiC材料参数的合理匹配

Si 和 4H-SiC 高压 PiN 二极管的比较

• 在相同的开关条件下,与 Si 相比,SiC 的反向恢复可忽略不计 具有软开关的 Si 二极管的性能显着提高(更低的 di/dt)

■ 反向恢复期间的电荷衰减

(PiN二极管二维模拟)

• 硅二极管在漂移区有非常高的过剩电荷

• 由于载流子寿命低,碳化硅二极管中的快速电荷衰减

• 由于在准中性漂移区中捕获的过量电荷导致的电流拖尾

模拟 PiN 二极管降压转换器性能趋势

• 硅二极管的总功率损失对开关频率非常敏感

• 300kHz以上的SiC二极管的频率依赖性

• SiC二极管的总损耗由传导损耗主导

• 硅二极管的开关损耗是由于去除多余的电荷而出现的

• SiC二极管的开关损耗是由于结点电容引起的

二极管的可靠性测试

• 性能评估是在远低于额定值的电压和电流水平下进行的

• 脆弱的SiC器件

• 评估器件的可靠性是至关重要的

• 动态应力测试以确定SiC二极管的雪崩额定值

高密度 SiC 功率转换器

 NASA肖特基二极管

• 进行了4H-SiC肖特基二极管的性能评估

• 对不同周长和面积的二极管进行比较研究

• 进行测试以评估二极管的 dv/dt 承受能力

• 对每个器件的 5 个相同样本进行了测试,以确保结果的一致性

• 所有器件的额定电压为 I kV

击穿性能

• 观察到击穿电压的强面积依赖性

• 在 50 µm 器件上测得的最高击穿电压为 750 V

• 在 200 µm 器件上测得的最低击穿电压为 100 V

• 未进行高温击穿测量

正向 I-V 特性

• 漏电流随温度增加

• 有缺陷的二极管电流在非常低的偏置电压下开始迅速上升

正向 J-V 特性

• 周长对漏电流密度的影响可以忽略不计

周长/面积依赖性

• 从 J-V 特性中提取饱和电流密度

• 饱和电流密度与 P/A 比无关

• 由于没有结,沿周边没有周边复合电流

理想因子提取

• 热电子发射电流的贡献在较高温度下更大。

• 因此理想因子接近统一

二极管的可靠性测试

• 性能评估是在远低于额定值的电压和电流水平下进行的

• 脆弱的SiC器件

• 评估器件的可靠性是至关重要的

• 动态应力测试以确定SiC二极管的额定dv/dt值

dv/dt特性分析

• dv/dt越高,二极管电流越大

• dv/dt从4V/ns变化到30V/ns

• 在250V的开关下,DUT在最高的dv/dt下也能存活

• 在500V的开关下,即使是最低的dv/dt,器件也会失效

• 故障与电压有关,而不是dv/dt

用于SMPS应用的SiC二极管

正向 I-V 特性

• 每个器件的5个样品进行了一致性测试

• 泄漏电流随温度升高而增加

击穿性能

• 击穿电压随温度升高而降低

击穿性能

• 对器件 D1 的 5 个样本进行了表征

• 2 号样本在测试期间失败

• 温度每升高 1℃,电压下降约 0.5 V

击穿性能

• 对器件 D2 的 5 个样本进行了表征

• 样本2和5 在测试期间失败

• 温度每升高1℃,电压下降约0.6 V

理想因子提取

• 在较高温度下,热离子发射电流贡献更大

正向 I-V 屏障高度

C-V 特性的屏障高度

反向恢复测量过程

测试电路

测量结果

测量结果

测量结果

测量结果

 总结

• SiC肖特基二极管显示了SMPS应用的前景

• 需要在关键的SMPS电路中进一步研究

• 需要对SiC器件的可靠性进行详细研究


参考来源:Prof. K Shenai

Electrical Engineering and Computer Science University of Illinois at Chicago

部分编译:芯TIP@吴晰(编译仅供辅助阅读)

- The End

版权声明:欢迎转发本号原创内容,转载和摘编需经本号授权并标注原作者和信息来源为云脑智库。本公众号目前所载内容为本公众号原创、网络转载或根据非密公开性信息资料编辑整理,相关内容仅供参考及学习交流使用。由于部分文字、图片等来源于互联网,无法核实真实出处,如涉及相关争议,请跟我们联系删除。我们致力于保护作者知识产权或作品版权,本公众号所载内容的知识产权或作品版权归原作者所有。本公众号拥有对此声明的最终解释权。

投稿/招聘/推广/合作/入群/赞助 请加微信:15881101905,备注关键词

“阅读是一种习惯,分享是一种美德,我们是一群专业、有态度的知识传播者

 阅读原文加入知识星球,发现更多精彩内容.

 分享💬 点赞👍 在看❤️@以“三连”行动支持优质内容!

云脑智库 努力是一种生活态度,与年龄无关!专注搬运、分享、发表雷达、卫通、通信、化合物半导体等技术应用、行业调研、前沿技术探索!专注相控阵、太赫兹、微波光子、光学等前沿技术学习、分享
评论 (0)
  • 行业痛点:电动车智能化催生语音交互刚需随着全球短途出行市场爆发式增长,中国电动自行车保有量已突破3.5亿辆。新国标实施推动行业向智能化、安全化转型,传统蜂鸣器报警方式因音效单一、缺乏场景适配性等问题,难以满足用户对智能交互体验的需求。WT2003HX系列语音芯片,以高性能处理器架构与灵活开发平台,为两轮电动车提供从基础报警到智能交互的全栈语音解决方案。WT2003HX芯片技术优势深度解读1. 高品质硬件性能,重塑语音交互标准搭载32位RISC处理器,主频高达120MHz,确保复杂算法流畅运行支持
    广州唯创电子 2025-04-10 09:12 163浏览
  • 技术原理:非扫描式全局像的革新Flash激光雷达是一种纯固态激光雷达技术,其核心原理是通过面阵激光瞬时覆盖探测区域,配合高灵敏度传感器实现全局三维成像。其工作流程可分解为以下关键环节:1. 激光发射:采用二维点阵光源(如VCSEL垂直腔面发射激光器),通过光扩散器在单次脉冲中发射覆盖整个视场的面阵激光,视场角通常可达120°×75°,部分激光雷达产品可以做到120°×90°的超大视场角。不同于传统机械扫描或MEMS微振镜方案,Flash方案无需任何移动部件,直接通过电信号控制激光发射模式。2.
    robolab 2025-04-10 15:30 87浏览
  • 行业变局:从机械仪表到智能交互终端的跃迁全球两轮电动车市场正经历从“功能机”向“智能机”的转型浪潮。数据显示,2024年智能电动车仪表盘渗透率已突破42%,而传统LED仪表因交互单一、扩展性差等问题,难以满足以下核心需求:适老化需求:35%中老年用户反映仪表信息辨识困难智能化缺口:78%用户期待仪表盘支持手机互联与语音交互成本敏感度:厂商需在15元以内BOM成本实现功能升级在此背景下,集成语音播报与蓝牙互联的WT2605C-32N芯片方案,以“极简设计+智能交互”重构仪表盘技术生态链。技术破局:
    广州唯创电子 2025-04-11 08:59 121浏览
  • 政策驱动,AVAS成新能源车安全刚需随着全球碳中和目标的推进,新能源汽车产业迎来爆发式增长。据统计,2023年中国新能源汽车渗透率已突破35%,而欧盟法规明确要求2024年后新能效车型必须配备低速提示音系统(AVAS)。在此背景下,低速报警器作为车辆主动安全的核心组件,其技术性能直接关乎行人安全与法规合规性。基于WT2003H芯片开发的AVAS解决方案,以高可靠性、强定制化能力及智能场景适配特性,正成为行业技术升级的新标杆。WT2003H方案技术亮点解析全场景音效精准触发方案通过多传感器融合技术
    广州唯创电子 2025-04-10 08:53 179浏览
  •   卫星故障预警系统软件:卫星在轨安全的智能护盾   北京华盛恒辉卫星故障预警系统软件,作为确保卫星在轨安全运行的关键利器,集成前沿的监测、诊断及预警技术,对卫星健康状况予以实时评估,提前预判潜在故障。下面将从核心功能、技术特性、应用场景以及发展走向等方面展开详尽阐述。   应用案例   目前,已有多个卫星故障预警系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润卫星故障预警系统。这些成功案例为卫星故障预警系统的推广和应用提供了有力支持。   核心功能   实时状态监测:
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-09 19:49 159浏览
  •     前几天同事问我,电压到多少伏就不安全了?考虑到这位同事的非电专业背景,我做了最极端的答复——多少伏都不安全,非专业人员别摸带电的东西。    那么,是不是这么绝对呢?我查了一下标准,奇怪的知识增加了。    标准的名字值得玩味——《电流对人和家畜的效应》,GB/T 13870.5 (IEC 60749-5)。里面对人、牛、尸体分类讨论(搞硬件的牛马一时恍惚,不知道自己算哪种)。    触电是电流造成的生理效应
    电子知识打边炉 2025-04-09 22:35 175浏览
  • 背景近年来,随着国家对资源、能源有效利用率的要求越来越高,对环境保护和水处理的要求也越来越严格,因此有大量的固液分离问题需要解决。真空过滤器是是由负压形成真空过滤的固液分离机械。用过滤介质把容器分为上、下两层,利用负压,悬浮液加入上腔,在压力作用下通过过滤介质进入下腔成为滤液,悬浮液中的固体颗粒吸附在过滤介质表面形成滤饼,滤液穿过过滤介质经中心轴内部排出,达到固液分离的目的。目前市面上的过滤器多分为间歇操作和连续操作两种。间歇操作的真空过滤机可过滤各种浓度的悬浮液,连续操作的真空过滤机适于过滤含
    宏集科技 2025-04-10 13:45 69浏览
  • 由西门子(Siemens)生产的SIMATIC S7 PLC在SCADA 领域发挥着至关重要的作用。在众多行业中,SCADA 应用都需要与这些 PLC 进行通信。那么,有哪些高效可行的解决方案呢?宏集为您提供多种选择。传统方案:通过OPC服务器与西门子 PLC 间接通信SIMATIC S7系列的PLC是工业可编程控制器,能够实现对生产流程的实时SCADA监控,提供关于设备和流程状态的准确、最新数据。S7Comm(全称S7 Communication),也被称为工业以太网或Profinet,是西门
    宏集科技 2025-04-10 13:44 76浏览
  • 文/Leon编辑/侯煜‍关税大战一触即发,当地时间4月9日起,美国开始对中国进口商品征收总计104%的关税。对此,中国外交部回应道:中方绝不接受美方极限施压霸道霸凌,将继续采取坚决有力措施,维护自身正当权益。同时,中国对原产于美国的进口商品加征关税税率,由34%提高至84%。随后,美国总统特朗普在社交媒体宣布,对中国关税立刻提高至125%,并暂缓其他75个国家对等关税90天,在此期间适用于10%的税率。特朗普政府挑起关税大战的目的,实际上是寻求制造业回流至美国。据悉,特朗普政府此次宣布对全球18
    华尔街科技眼 2025-04-10 16:39 80浏览
  •   海上电磁干扰训练系统:全方位解析      海上电磁干扰训练系统,作为模拟复杂海上电磁环境、锻炼人员应对电磁干扰能力的关键技术装备,在军事、科研以及民用等诸多领域广泛应用。接下来从系统构成、功能特点、技术原理及应用场景等方面展开详细解析。   应用案例   系统软件供应可以来这里,这个首肌开始是幺伍扒,中间是幺幺叁叁,最后一个是泗柒泗泗,按照数字顺序组合就可以找到。   一、系统构成   核心组件   电磁信号模拟设备:负责生成各类复杂的电磁信号,模拟海上多样
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-10 16:45 91浏览
  • 什么是车用高效能运算(Automotive HPC)?高温条件为何是潜在威胁?作为电动车内的关键核心组件,由于Automotive HPC(CPU)具备高频高效能运算电子组件、高速传输接口以及复杂运算处理、资源分配等诸多特性,再加上各种车辆的复杂应用情境等等条件,不难发见Automotive HPC对整个平台讯号传输实时处理、系统稳定度、耐久度、兼容性与安全性将造成多大的考验。而在各种汽车使用者情境之中,「高温条件」就是你我在日常生活中必然会面临到的一种潜在威胁。不论是长时间将车辆停放在室外的高
    百佳泰测试实验室 2025-04-10 15:09 70浏览
  •   天空卫星健康状况监测维护管理系统:全方位解析  在航天技术迅猛发展的当下,卫星在轨运行的安全与可靠至关重要。整合多种技术,实现对卫星的实时监测、故障诊断、健康评估以及维护决策,有力保障卫星长期稳定运转。  应用案例       系统软件供应可以来这里,这个首肌开始是幺伍扒,中间是幺幺叁叁,最后一个是泗柒泗泗,按照数字顺序组合就可以找到。  一、系统架构与功能模块  数据采集层  数据处理层  智能分析层  决策支持层  二、关键技术  故障诊断技术  
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-10 15:46 62浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦