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        如何選擇太陽能逆變器中的功率電子器件

        作者: 時間:2011-07-07 來源:網絡 收藏

        硅二極管的反向恢復特性,在升壓晶體管和相應的二極管中都會產生較高的損耗。而碳化硅二極管就沒有這一問題(如圖2中藍色曲線所示)。只是由于電容性產生一個二極管瞬間負電流,這是由二極管的結電容電荷引起的。碳化硅二極管可大大減少晶體管的開通損耗和二極管的關斷損耗,還可減少電磁干擾,因為波形非常平滑,沒有振蕩。

          以往曾經報道過很多避免由二極管的反向恢復特性造成損耗的工藝,例如零電壓開關的零電流開關等。所有這些都會大大增加元件數量和系統的復雜程度,結果經常使穩定性下降。特別值得提出的是,即使是在硬開關狀態下通過使用碳化硅肖特基二極管,也可以用最少的元件實現軟開關相同的效率。

          高開關頻率同樣要求高性能的升壓晶體管。超級結晶體管(如 CoolMOS)的引進,為進一步降低MOSFET 的單位面積導通電阻RDS(on) 帶來了希望,如圖3所示。

        CoolMOS工藝和共用MOSFET工藝的單位面積RDS(on)比較

         很容易可以看出,與標準工藝相比,單位面積RDS(on)大概比CoolMOS低4倍~5倍。這意味著,在標準封裝中,CoolMOS可實現最低絕對導通電阻值。這將帶來最低導通損耗和最高效率。CoolMOS 工藝的單位面積RDS(on)表現出更好的線性度。當電壓為600V時,CoolMOS的優勢顯而易見,如果電壓更高,其優勢就會加大。目前,最高的電壓級為800V。

          經多次研究表明:使用碳化硅二極管和超級結MOSFET如CoolMOS,優于采用標準的MOSFET和二極管工藝(如圖4所示)解決方案。

        升壓晶體管和升壓二極管特定組合的效率


          用于半導體

          輸出連接直流母線和電網。通常,開關頻率沒有DC/DC變換器的高。輸出變換器必須處理由所有組變換器產生的電流總和。絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是在這一使用的理想器件。圖5給出了IGBT工藝的兩個橫截面。

        IGBT工藝的兩個橫截面


          兩種工藝都采用了晶圓減薄工藝,旨在降低導通損耗以及由襯底厚度太大造成的開關損耗。標準工藝和 TrenchStop工藝是非外延 IGBT工藝,沒有采用晶體管生長工藝,因為此類工藝流程的成本很高,因為阻斷電壓是根據增長晶體的厚度來決定的。

          在斷開狀態下,標準NPT 單元在半導體內部形成了一個三角形的電場。所有阻斷電壓都被襯底的n區域吸收(取決于其厚度),以使電場在進入集電極區域之前降到0。600V芯片的厚度是120mm,1200V芯片的厚度是170mm。飽和電壓為正溫度系數,從而簡化了并聯使用。



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