技术|是否需要额外反并联SiCSBD?

碳化硅芯观察 2023-04-12 19:44
目前第三代宽禁带半导体越发火热,最近的所见所闻也都几乎与此相关,不断的涌现新的产品,新的封装。从一开始的全Si基模块,到结合SiC SBD的混合模块,再到全SiC模块。以SiC SBD代替Si基二极管的混合模块,在损耗和动态特性上寻求优化提升,这一点很是合理,因为IGBT不具备反向导通特性,SiC SBD在必要的基础上确实能够改善整体模块的性能。那全SiC模块的是否需要在已有的体二极管(Body Diode)上再额外地反并联SiC SBD呢?为此也是查找了些许资料,今天我们就来聊一聊这个话题。
NO.1
概述

早些年,SiC MOSFET首次商业化的时候,由于担心双极退化,通常会避免使用体二极管,随着技术和工艺的日益发展,从目前来看,某些厂商的SiC MOSFET的体二极管的性能通过的相应的测试和实际应用,但并不都是如此。所以,目前我们看到的全SiC MOSFET模块同时出现了两种版本,分别是带和不带反并联SiC SBD。

我们都知道,体二极管是pn结二极管,是双极性器件,即工作过程电子和空穴同时参与,必然会伴随着反向恢复损耗。而SiC SBD属于单极性器件,不存在反向恢复,所以损耗相对较小,但是快速恢复会相应地引起较大的过电压应力。

但万事都不是绝对的,在各行各业竞争如此激烈的情况下,一切因素都会被考虑在内,一切以实际效果出发成为目前选择产品的前提。反并SiC SBD虽说从性能优化,但其占据了模块内布局的某部分空间,间接压缩了MOSFET的大小,从而在某些应用中会出现效率最大化和成本最优化的抉择。所以,不同场景会导致不同的情况,必须结合实际应用,分析两者的开关行为和整体损耗。

NO.2
性能对比

从早期的直接应用,到现在的提前测试分析,我们在使用功率器件的时候越来越专业和熟练,也导致了在结合不同产品系统设计的时候会遇到不同的测试问题,让我们“悲喜交加”(玩笑话)。在使用前充分的利用双脉冲测试来较为直观地评估所选器件是专业和有效的,所以双脉冲测试成为目前不可避免的前期环节,也是评估损耗,过电压等等较多因素的有效手段。

下面,是从一篇国外文献摘录的关于带与不带反并联SiC SBD模块性能对比。

01
测试设备

双脉冲测试平台,分别使用SiC MOSFET配置相同,一个使用体二极管(HT-3201-ND),一个配置反并联SiC SBD(HT-3201),双脉冲测试过程这里就不再赘述了。

测试母线电压分别在400V、600V和800V(下面以800V为例);电流从50A到500A,每次增加50A;温度从25℃到175℃,每次增加50℃;同时使用不同的驱动电阻Rg:1Ω、2Ω和5Ω。


02
通态曲线

对体二极管和SiC SBD的第三现象通态进行表征,可以发现SBD是正温度系数,体二极管为负温度系数,在150℃时,在400A时体二极管开始导通。随着温度的升高,这个点开始前移。表明,如果在反并SBD的情况下,大部分电流会流过SBD。


03
Err vs. Current曲线(Rg=1Ω)

我们可以看出在高温下的体二极管反向恢复较大。在室温下,电流低于300A时,不带SBD的模块提供了比带SBD模块更低的开关损耗,这是因为SiC SBD较大的结电容造成的,当电流上升后,体二极管的反向恢复损耗更大。

这表明,在低温小电流时不带SBD可以降低开关损耗,但高温下的反向恢复损耗将很大。


04
Err vs. Current曲线(Rg=5Ω)

可以看到,相对于上面驱动电阻为1Ω,反向恢复损耗对于温度的依赖没那么明显,不带反并联SBD来说,此时的损耗也是ok的,较上述减小很对。是因为较大驱动电阻导致的较低的dv/dt和di/dt,导致了体二极管反向恢复效应的减小,大大降低了反向恢复损耗。


05
Etotal-sw vs. Current曲线(Rg=1Ω)

在室温下,体二极管和SBD的损耗是相似的,在小电流下,体二极管具有较低的损耗,而在大电流下损耗略高。在175℃时,不带反并SBD的总开关损耗有反向恢复损耗主导,占了近一半。注意此时的驱动电阻使用的是1Ω,不带反并SBD将会导致较高的损耗。


06
Etotal-sw vs. Current曲线(Rg=5Ω)

我们可以看到,在驱动电阻较大时,两者的总开关损耗在整个温度范围内是差不多的。所以在较大驱动电阻时,可以不带反并SBD。


07
Etotal-sw vs. Rg曲线(ID=300A)

从上图我们可以看出,对于带反并SBD的模块,总开关损耗随驱动电阻呈线性关系,在室温下,体二极管也是一样的趋势。而在高温下,体二极管总开关损耗在驱动电阻范围内有个波谷,并且在更高的驱动电阻,两者的损耗将收敛到一起。


08
Etotal-sw vs. Tj曲线(ID=300A)

这个曲线分别给到了驱动电阻为1Ω和5Ω时,总开关损耗随温度的变化关系。我们可以看到,在5Ω时,温度在大于75℃时,体二极管模块损耗开始增加,SBD模块基本稳定。但此时体二极管的损耗增大的并不是很多,仅约3mJ左右,在开关频率为20Hz时也就约60W,这与上面的结论一致。


参考文献:Comparing the Switching Performance of SiC MOSFET Intrinsic Body Diode to Additional SiC Schottky Diodes in SiC Power Modules, Wolfspeed

NO.3
总结

上述比较了利用体二极管或者配置反并联SiC SBD模块之间的开关行为,主要是从开关损耗出发的。但实际应用中,我们不仅仅会关注到驱动电阻,还需要结合实际系统设计的参数,如杂散电感,需求开关频率等,以及实际应用的拓扑结构。不同的电路拓扑中,反并联二极管所扮演的角色可能不一样,从而实际表现的影响也不一样,需要实际情况实际分析。

另外,随着技术的迭代和生产工艺的优化,虽然体二极管并不是为了充当续流二极管而存在的,但是其性能会越来越贴近各种应用。带反并联SiC SBD的模块会有优异的特性,但其较快的恢复速度和较大的结电容等参数,在某些情况下也会出现不可控的开关行为,从而影响实际应用。


所以,是否需要额外反并联SiC SBD?综合考量和权衡,你会得到答案。


更多技术话题,我们6月一起坐下来聊!





*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,InSemi转载仅为了传达观点,仅代表InSemi对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎InSemi。


评论 (0)
  • 在科技飞速发展的今天,视频监控领域对于高清、稳定、多功能解码芯片的需求与日俱增。现在,一款具有划时代意义的解码芯片——XS9922B 震撼登场,它将为车载监控、倒车影像等应用场景带来全新的变革体验。多协议支持,高清标清一网打尽,XS9922B 作为一款 4 通道模拟复合视频解码芯片,拥有强大的协议兼容性。它不仅支持 HDCCTV 高清协议,让你轻松捕捉高清画面的每一个细节,还兼容 CVBS 标清协议,满足不同设备和场景的多样化需求。无论是 720P/1080P 的高清制式,还是 960H/D1
    芯片徐15652902508 2025-03-21 13:58 23浏览
  • 在智能终端设备快速普及的当下,语音交互已成为提升用户体验的关键功能。广州唯创电子推出的WT3000T8语音合成芯片,凭借其卓越的语音处理能力、灵活的控制模式及超低功耗设计,成为工业控制、商业终端、公共服务等领域的理想选择。本文将从技术特性、场景适配及成本优势三方面,解析其如何助力行业智能化转型。一、核心技术优势:精准、稳定、易集成1. 高品质语音输出,适配复杂环境音频性能:支持8kbps~320kbps宽范围比特率,兼容MP3/WAV格式,音质清晰自然,无机械感。大容量存储:内置Flash最大支
    广州唯创电子 2025-03-24 09:08 110浏览
  • 精益管理的理念和思维是源于日本的丰田模式,虽然精益管理有很多有效而丰有智慧的思想和方法,但在欧美企业要应用精益也并不容易,始终东西方的文化、人民习性都会存在着一点差异。不过,客观来说,精益管理是其优缺点的,以下,优思学院[1]综合吉朱·安东尼(Jiju Antony)教授《中小企业精益六西格玛》一书中的研究略作说明。精益的优点以下是精益生产系统的一些优点(Schonberger,2008):1)积极的劳动力效应。精益战略往往基于员工的主动性,那些从事实际工作的员工才是改善工作的最具创造力的人员。
    优思学院 2025-03-21 15:09 25浏览
  • 在人工智能与物联网技术蓬勃发展的今天,语音交互已成为智能设备的重要功能。广州唯创电子推出的WT3000T8语音合成芯片凭借其高性能、低功耗和灵活的控制方式,广泛应用于智能家居、工业设备、公共服务终端等领域。本文将从功能特点、调用方法及实际应用场景入手,深入解析这款芯片的核心技术。一、WT3000T8芯片的核心功能WT3000T8是一款基于UART通信的语音合成芯片,支持中文、英文及多语种混合文本的实时合成。其核心优势包括:高兼容性:支持GB2312/GBK/BIG5/UNICODE编码,适应不同
    广州唯创电子 2025-03-24 08:42 101浏览
  • 人形机器人产业节奏预估:2024年原型机元年,2025年小规模量产元年。当宇树科技H1人形机器人以灵动的手部动作在春晚舞台上演创意融合舞蹈《秧Bot》,舞出"中国智造"时,电视机前十几亿观众第一次深刻意识到:那个需要仰望波士顿动力的时代正在落幕。*图源:宇树科技短短数周后,宇树G1机器人又用一段丝滑的街舞在网络收割亿级播放量,钢铁之躯跳出赛博朋克的浪漫。2月11日,宇树科技在其京东官方旗舰店上架了两款人形机器人产品,型号分别为Unitree H1和G1。2月12日,9.9万元的G1人形机器人首批
    艾迈斯欧司朗 2025-03-22 21:05 99浏览
  • 今年全国两会期间,“体重管理”和“育儿”整体配套政策引发了持久广泛关注。从“吃”到“养”,都围绕着国人最为关心的话题:健康。大家常说“病从口入”,在吃这件事上,过去大家可能更多是为了填饱肚子,如今,消费者从挑选食材到厨电都贯彻着健康的宗旨,吃得少了更要吃得好了。这也意味着在新消费趋势下,谁能抓住众人的心头好,就能带起众人的购买欲望,才能在新一轮竞争中脱颖而出。作为家电行业的风向标,在2025年中国家电及消费电子博览会(AWE)上,这两个话题也被媒体和公众频繁提及。深耕中国厨房三十余年的苏泊尔再次
    华尔街科技眼 2025-03-22 11:42 46浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖‍“无AI,不家电”的浪潮,正在席卷整个家电行业。中国家电及消费电子博览会(AWE2025)期间,几乎所有的企业,都展出了搭载最新AI大模型的产品,从电视、洗衣机、冰箱等黑白电,到扫地机器人、双足机器人,AI渗透率之高令人惊喜。此番景象,不仅让人思考:AI对于家电的真正意义是什么,具体体现在哪些方面?作为全球家电巨头,海信给出了颇有大智慧的答案:AI化繁为简,将复杂留给技术、把简单还给生活,是海信对于AI 家电的终极答案。在AWE上,海信发布了一系列世俱杯新品,发力家
    华尔街科技眼 2025-03-23 20:46 59浏览
  • 无论你是刚步入职场的新人,还是已经有几年经验的职场老手,培养领导力都是职业发展中一个至关重要的环节。拥有良好的领导能力不仅能让你从人群中脱颖而出,也能让你在团队中成为一个值得信赖、富有影响力的核心成员。什么是领导力?领导力并不仅仅意味着“当老板”或者“发号施令”。它更多地是一种能够影响他人、激发团队潜能,并带领大家实现目标的能力。一位优秀的领导者需要具备清晰的沟通能力、解决问题的能力,以及对人心的深刻理解。他们知道如何激励人心,如何在压力下保持冷静,并能在关键时刻做出正确的决策。如何培养领导力?
    优思学院 2025-03-23 12:24 66浏览
  • 近年来,随着半导体产业的快速发展和技术的不断迭代,物联网设备种类繁多(如智能家居、工业传感器),对算力、功耗、实时性要求差异大,单一架构无法满足所有需求。因此米尔推出MYD-YT113i开发板(基于全志T113-i)来应对这一市场需求。米尔基于全志T113-i核心板及开发板part 01  T113-i芯片及OpenAMP简介T113-i芯片简介T113-i由两颗ARM A7 、一颗C906(RISC-V)和一颗DSP(HIFI 4)组成。C906(RISC-V核)特性:主频
    米尔电子嵌入式 2025-03-21 16:28 30浏览
  • 文/郭楚妤编辑/cc孙聪颖‍在人工智能与实体经济深度融合的时代浪潮中,究竟何种 AI 产品,方能切实契合用户对美好未来的向往与期待?3 月 20 日,备受全球瞩目的中国家电及消费电子博览会(AWE2025)于上海新国际博览中心盛大开幕。展会首日,长虹重磅推出首款治愈系 AI TV、客餐厅 PRO 共享空调,以及面向低空经济领域的通信模组等一系列创新产品。这一举动充分展现了长虹在家电领域全面推进 AI 化的坚定决心,以及为低空经济等新兴产业提供有力科技支撑的硬核实力 。“首发” 新品,领航用户价值
    华尔街科技眼 2025-03-21 21:13 44浏览
  • 核心板简介创龙科技 SOM-TL3562 是一款基于瑞芯微 RK3562J/RK3562 处理器设计的四核 ARM C ortex-A53 + 单核 ARM Cortex-M0 全国产工业核心板,主频高达 2.0GHz。核心板 CPU、R OM、RAM、电源、晶振等所有元器件均采用国产工业级方案,国产化率 100%。核心板通过 LCC 邮票孔 + LGA 封装连接方式引出 MAC、GMAC、PCIe 2.1、USB3.0、 CAN、UART、SPI、MIPI CSI、MIPI
    Tronlong 2025-03-24 09:59 103浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖‍去年,百度公关部副总裁璩静的争议言论闹得沸沸扬扬,最终以道歉离职收场。时隔一年,百度的高管又出事了。近日,“百度副总裁谢广军女儿开盒孕妇”事件登上热搜,持续发酵,引起网友对百度数据安全性的怀疑。3月19日晚间,百度正式发布声明,表示坚决谴责窃取和公开他人隐私的网络暴力行为,同时强调,百度内部实施匿名化、假名化处理,经查验,泄露数据并非来自百度,而是海外的社工库,“当事人承认家长给她数据库”为不实信息,针对相关谣言百度已经向公安机关报案。然而,并非所有网友都对这份声明
    华尔街科技眼 2025-03-21 21:21 72浏览
  • 在智慧城市领域中,当一个智慧路灯项目因信号盲区而被迫增设数百个网关时,当一个传感器网络因入网设备数量爆增而导致系统通信失效时,当一个智慧交通系统因基站故障而导致交通瘫痪时,星型网络拓扑与蜂窝网络拓扑在构建广覆盖与高节点数物联网网络时的局限性便愈发凸显,行业内亟需一种更高效、可靠与稳定的组网技术以满足构建智慧城市海量IoT网络节点的需求。星型网络的无线信号覆盖范围高度依赖网关的部署密度,同时单一网关的承载设备数量有限,难以支撑海量IoT网络节点的城市物联系统;而蜂窝网络的无线信号覆盖范围同样高度依
    华普微HOPERF 2025-03-24 17:00 82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