碳化硅肖特基二極管在電源系統中的應用

    功率因數校正(PFC)市場主要受與降低諧波失真有關的全球性規定影響。歐洲的EN61000-3-2是交直流供電市場的基本規定之一，在英國、日本和中國也存在類似的標準。EN61000-3-2規定了所有功耗超過75W的離線設備的諧波標準。由于北美沒有管理PFC的規定，能源節省和空間/成本的考慮成為在消費類產品、計算機和通信領域中必須使用PFC的附加驅動因素。

    主動PFC有兩種通用模式：使用三角形和梯形電流波形的不連續電流模式(DCM)和連續電流模式(CCM)。DCM模式一般用于輸出功率在75W到300W之間的應用；CCM模式用于輸出功率大于300W的應用。當輸出功率超過250W時，PFC具有成本效益，因為其它方面(比如效率)得到了補償性的提高，因此實際上不增加額外的成本。

    主動PFC是服務器系統架構(SSI)一致性的要求：供電模塊應該采用帶主動功率因數校正的通用電源輸入，從而可以減少諧波，符合EN61000-3-2和JEIDA MITI標準。這就需要高功率密度應用能夠提供較寬的輸入電壓范圍(85~265V)，從而給PFC級電路使用的半導體提出了特殊的要求。

    在輸入85V交流電壓時，必須有最低的Rdson，因為傳導熱損失與輸入電壓的3次方成反比關系。這種MOSFET管的高頻工作能夠顯著減少升壓抑制。因此晶體管的快速開關特性是必須的。升壓二極管應該具有快速開關、低Vf和低Qrr特性。為了減少MOSFET在接通時的峰值電流壓力，低Qrr是必須的。如果沒有這一特性，升壓MOSFET將增加溫度和Rdson，導致更多的功率損失，從而降低效率。在高功率密度應用中效率是取得較小體積(30W/cm3英寸)和減少無源器件尺寸的關鍵因素。因此高的開關頻率必不可少。

    為了設計效率和外形尺寸最優的CCM PFC，升壓二極管還必須具備以下一些特性：較短的反向恢復和正向恢復時間；最小的儲存電荷Q；低的漏電流和最低的開關損耗。過壓和浪涌電流能力非常重要，它們能夠用來處理PFC中由啟動和交流回落引起的浪涌和過電流。這些特性只有用碳化硅肖特基二極管(SiC肖特基二極管)才能實現。

    由于SiC肖特基二極管中缺少正向和反向恢復電荷，因此可以用更小的升壓MOSFET。這樣做除了成本得到降低外，器件溫度也會降低，從而使SMPS具有更高的可靠性。

    由于SiC肖特基二極管的開關行為獨立于正向電流(Iload)、開關速度(di/dt)和溫度，因此這種二極管在設計中很容易使用。在設計中采用SiC肖特基二極管能夠實現最大的開關工作頻率(最高可達1MHz)，從而可以使用更小體積的無源器件。

    最低的開關損耗和低的Vf能使用更小的散熱器或風扇。另外，由于具有正的溫度系數，SiC肖特基二極管能夠非常方便地并行放置。

    thinQ!2G向理想的高電壓二極管邁進

    新一代IFX SiC肖特基二極管(thinQ!2G)融合了普通SiC肖特基二極管和雙極pn結構，從而具有非常高的浪涌電流承受能力和穩定的過壓特性。

    圖1對SiC肖特基二極管結構與合并后的pn肖特基二極管概念進行比較。p區域針對發射極效率和電導率作了優化，因此在正向電壓超過4V時能用作浪涌電流的旁路通道。

圖1：(a) 傳統SiC肖特基二極管的截面圖；(b) 具有合并p摻雜島的thinQ!2G SiC二極管