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          高效應(yīng)用的增強(qiáng)型第4代CAL二極管
          
						
          
				作者：
				時(shí)間：2012-05-25
				來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

				
				
				
				
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			2.3低開(kāi)關(guān)頻率用CAL 4F 1200V二極管的優(yōu)化
          本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/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(jiàn)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(dāng)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(yùn)行的正溫度系數(shù)的優(yōu)勢(shì)是“F”快速系列和“HD”高密度系列的共同特征，此處結(jié)溫的升高可以通過(guò)減小二極管的轉(zhuǎn)換功率加以補(bǔ)償。
           使用雙脈沖電流方法進(jìn)行了反向恢復(fù)特性的測(cè)量。測(cè)量顯示，CAL4 F 1200V 二極管比CAL4 HD 1200V二極管具有較低的開(kāi)關(guān)損耗。功率模塊的仿真顯示，在最大負(fù)載電流方面總體是平衡的（見(jiàn)圖5）。CAL4 HD二極管在開(kāi)關(guān)頻率fsw=3kHz時(shí)的特征電流要比負(fù)載電流高8％，而CAL 4F在開(kāi)關(guān)頻率fsw=16kHz時(shí)的特征電流要比負(fù)載電流高6％，低頻（最佳：CAL4 HD）與高頻（最佳：CAL4 F）二者的轉(zhuǎn)換點(diǎn)應(yīng)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(fù)載電流與開(kāi)關(guān)頻率的關(guān)系(IF=100ATjmax=150°C,Tc=80°C, dI/dt=1500A/μs)
           總的來(lái)說(shuō)，裝配在SEMiX和SEMiTRANS型功率模塊中的CAL4 HD 1200V二極管，在低的開(kāi)關(guān)頻率及高／中功率下應(yīng)用時(shí)的最大特點(diǎn)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(shí)具有最佳的低的動(dòng)態(tài)損耗。
          2.4 650V等級(jí)的新型續(xù)流二極管
           純電動(dòng)／混合電動(dòng)車市場(chǎng)是功率電子的一個(gè)相對(duì)較新的市場(chǎng)。這些應(yīng)用，以及更高效的驅(qū)動(dòng)電池和直流電壓，對(duì)于器件的形狀和重量的要求是非?？量痰?，因此，CAL4 F技術(shù)開(kāi)發(fā)了新一代的650V等級(jí)二極管，而不是先前幾代CAL的600V等級(jí)。
           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(fù)特性
           圖7 CAL4 F 650V二極管的反向恢復(fù)損耗Eoff與dI/dt的關(guān)系（dI/dt=800-4500 A/μs）
            二極管的轉(zhuǎn)折電壓改變以后，有兩項(xiàng)參數(shù)需要重新設(shè)計(jì)。首先是摻雜剖面，對(duì)于PIN器件，窄的n－基區(qū)必須優(yōu)化以確保650V以上的轉(zhuǎn)折電壓；其二，在一個(gè)相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)對(duì)開(kāi)關(guān)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(dāng)反向恢復(fù)以一個(gè)中等的dI/dt=1500A/μs換流時(shí)，CAL4 F 650V二極管顯現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)特性，并且反向恢復(fù)時(shí)間達(dá)到了trr=0,4μs，如圖6所示。
           為了證實(shí)新型二極管在高速換流時(shí)也能夠有效地開(kāi)關(guān)，給出了圖7所示的室溫動(dòng)態(tài)損耗及150°C動(dòng)態(tài)損耗。反向恢復(fù)的測(cè)試顯示，在室溫和150°C下，dI/dt由800A/μs 增加到4500A/μs，動(dòng)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(kāi)關(guān)速度，這時(shí)，動(dòng)態(tài)雪崩有可能導(dǎo)致二極管的不可逆的應(yīng)力損害。通過(guò)在臨界條件下的反向恢復(fù)測(cè)量，CAL4 F 650V二極管顯示了非常好的動(dòng)態(tài)可重復(fù)性，也就是說(shuō)，非常高的dI/dt=4500A/μs時(shí)，也沒(méi)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(yīng)用于諸如新一代MLI（多電平逆變器）裝置。
          3 結(jié)語(yǔ)
           本文介紹了一種增強(qiáng)型第4代CAL續(xù)流二極管，電壓等級(jí)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(shù)，并與雙場(chǎng)環(huán)一起優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到在最高結(jié)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(yùn)行而沒(méi)有過(guò)熱。此外，650V、1200V和1700V續(xù)流二極管的動(dòng)態(tài)測(cè)量及匹配的IGBT，都顯示了低的反向恢復(fù)峰值電流和軟的開(kāi)關(guān)特性。對(duì)于1200V電壓等級(jí)，則針對(duì)不同的開(kāi)關(guān)頻率提供專門(mén)的解決方案。CAL 4F 1200V二極管優(yōu)化于高的開(kāi)關(guān)頻率，而CAL4 HD 1200V二極管則在低的開(kāi)關(guān)頻率下具有優(yōu)勢(shì)。CAL4 F和CAL4 HD二極管都表現(xiàn)為軟開(kāi)關(guān)特性，并有非常高的動(dòng)態(tài)可重復(fù)性。
           這些新一代二極管的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在很多SEMIKRON的模塊或者第三方的模塊中得到應(yīng)用。
           
				
            
                
			
							
          
                
			            
          
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