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高效應用的增強型第4代CAL二極管

作者： 時間：2012-05-25 來源：網(wǎng)絡 收藏
2.3低開關頻率用CAL 4F 1200V二極管的優(yōu)化

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/230467.htm

新近研發(fā)的具有合適載流子壽命分布的CAL4 HD 1200V二極管，其特征比SEMiX404GB12E4s 型功率模塊中的CAL4 F 1200V二極管具有更低的正向壓降（見圖4）。其室溫壓降降低了400mV，這就確保它與CAL4續(xù)流二極管的“F”系列快速版本具有更低的靜態(tài)損耗。此外，以額定電流IF=400A為例，SEMiX404GB12E4s功率模塊中的CAL4 HD 1200V二極管，當電流高于200A以上即可得到正溫度系數(shù)dU/dT，而CAL4 F 1200V二極管則需要電流大于250A以后才能得到正溫度系數(shù)dU/dT，這也意味著，并聯(lián)運行的正溫度系數(shù)的優(yōu)勢是“F”快速系列和“HD”高密度系列的共同特征，此處結溫的升高可以通過減小二極管的轉換功率加以補償。

使用雙脈沖電流方法進行了反向恢復特性的測量。測量顯示，CAL4 F 1200V 二極管比CAL4 HD 1200V二極管具有較低的開關損耗。功率模塊的仿真顯示，在最大負載電流方面總體是平衡的（見圖5）。CAL4 HD二極管在開關頻率fsw=3kHz時的特征電流要比負載電流高8％，而CAL 4F在開關頻率fsw=16kHz時的特征電流要比負載電流高6％，低頻（最佳：CAL4 HD）與高頻（最佳：CAL4 F）二者的轉換點應在6％～8％之間。

圖4 CAL4 HD 1200V和CAL4 F 1200V二極管在4×100A并聯(lián)二極管功率模塊Semix404GB12E4s中的通態(tài)特性

圖5 同尺寸CAL4 F 1200V和CAL4 HD1200V二極管的最大負載電流與開關頻率的關系(IF=100ATjmax=150°C,Tc=80°C, dI/dt=1500A/μs)

總的來說，裝配在SEMiX和SEMiTRANS型功率模塊中的CAL4 HD 1200V二極管，在低的開關頻率及高／中功率下應用時的最大特點是低的靜態(tài)損耗。相比之下，CAL4 F 1200V二極管裝配在MiniSKiiP、SkiM、SEMiTRANS等功率模塊中，用在中／低功率的IGBT逆變器上時具有最佳的低的動態(tài)損耗。

2.4 650V等級的新型續(xù)流二極管

純電動／混合電動車市場是功率電子的一個相對較新的市場。這些應用，以及更高效的驅動電池和直流電壓，對于器件的形狀和重量的要求是非?？量痰?，因此，CAL4 F技術開發(fā)了新一代的650V等級二極管，而不是先前幾代CAL的600V等級。

圖6 CAL4 F 650V二極管于400V，150A，150°C及dI/dt=1500 A/μs下的反向恢復特性

圖7 CAL4 F 650V二極管的反向恢復損耗Eoff與dI/dt的關系（dI/dt=800-4500 A/μs）

二極管的轉折電壓改變以后，有兩項參數(shù)需要重新設計。首先是摻雜剖面，對于PIN器件，窄的n－基區(qū)必須優(yōu)化以確保650V以上的轉折電壓；其二，在一個相當寬的頻率范圍內對開關損耗與靜態(tài)損耗之間做出優(yōu)化折衷，手段則是優(yōu)化軸向載流子壽命剖面。

當反向恢復以一個中等的dI/dt=1500A/μs換流時，CAL4 F 650V二極管顯現(xiàn)了軟開關特性，并且反向恢復時間達到了trr=0,4μs，如圖6所示。

為了證實新型二極管在高速換流時也能夠有效地開關，給出了圖7所示的室溫動態(tài)損耗及150°C動態(tài)損耗。反向恢復的測試顯示，在室溫和150°C下，dI/dt由800A/μs 增加到4500A/μs，動態(tài)損耗僅僅上升了2.5倍。在電路短路的情況下，F(xiàn)WD必須能夠耐受非常高的開關速度，這時，動態(tài)雪崩有可能導致二極管的不可逆的應力損害。通過在臨界條件下的反向恢復測量，CAL4 F 650V二極管顯示了非常好的動態(tài)可重復性，也就是說，非常高的dI/dt=4500A/μs時，也沒有造成模塊的損壞。

高可靠性的CAL4 F 650V二極管將裝配于MiniSkiiP和SkiM模塊，并應用于諸如新一代MLI（多電平逆變器）裝置。

3 結語

本文介紹了一種增強型第4代CAL續(xù)流二極管，電壓等級有650V、1200V和1700V。這些二極管使用了人們已經(jīng)熟知的多晶層／氧化層鈍化技術，并與雙場環(huán)一起優(yōu)化設計，以達到在最高結溫和極其惡劣條件下的極高的可靠性。

由于通態(tài)特性得到優(yōu)化，表現(xiàn)為正溫度系數(shù)dU/dT，因此，所有這些二極管都可以理想地用于并聯(lián)運行而沒有過熱。此外，650V、1200V和1700V續(xù)流二極管的動態(tài)測量及匹配的IGBT，都顯示了低的反向恢復峰值電流和軟的開關特性。對于1200V電壓等級，則針對不同的開關頻率提供專門的解決方案。CAL 4F 1200V二極管優(yōu)化于高的開關頻率，而CAL4 HD 1200V二極管則在低的開關頻率下具有優(yōu)勢。CAL4 F和CAL4 HD二極管都表現(xiàn)為軟開關特性，并有非常高的動態(tài)可重復性。

這些新一代二極管的優(yōu)點已經(jīng)在很多SEMIKRON的模塊或者第三方的模塊中得到應用。
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