硅pn結(jié)二極管外加正向電壓導(dǎo)通時,pn結(jié)上會有非均衡少數(shù)載流子的積聚,構(gòu)成所謂電荷存儲效應(yīng)。當二極管由正導(dǎo)游通轉(zhuǎn)換為外加負電壓截止時,這些存儲的少數(shù)載流子的消逝需求一定時間,這段時間就是二極管的反向恢復(fù)時間,這段時間里在二極管中構(gòu)成的電流即為二極管的反向恢復(fù)電流。
正如前面所述,在Boost型PFC電路的硬開關(guān)CCM變換中,二極管VD的反向恢復(fù)電流會給電路工作帶來許多不利影響:除了使di/dt增大、給電路元器件增加電壓電流應(yīng)力之外,較大的反向恢復(fù)電流會使VD產(chǎn)生較大的反向恢復(fù)損耗,并招致開關(guān)管VT的開通損耗增大。這些影響不只與反向恢復(fù)電流的大小有關(guān),而且與反向恢復(fù)時間的長短也嚴密相關(guān)。反向恢復(fù)電流越大,反向恢復(fù)時間越耐久,影響也就越大。
所示電路中二極管關(guān)斷過程中開關(guān)管VT與二極管VD的電壓電流波形以及相應(yīng)的瞬時功耗波形。圖中uVT、iVT和PVT分別是開關(guān)管VT的電壓、電流和瞬時功耗,uVD、iVD和PVD分別是二極管VD的電壓、電流和瞬時功耗。trr為二極管VD的反向恢復(fù)時間,其大小與二極管VD的反向恢復(fù)存儲電荷Qrr和反向壓降uR等大小有關(guān)。
關(guān)斷過程中VT與VD的電壓電流波形
依據(jù),在二極管VD關(guān)斷過程中,開關(guān)管VT的損耗PVT和二極管VD的損耗PVD可寫為
因二極管的反向恢復(fù)所招致的二極管和開關(guān)管的損耗PQn為
剖析不難看出,二極管反向恢復(fù)時間trr越長,反向恢復(fù)電流越大,二極管反向恢復(fù)損耗以及由此所招致的開關(guān)管開通損耗就越大。并且,因二極管反向恢復(fù)所招致的二極管和開關(guān)管損耗占了整個關(guān)斷過程中器件開關(guān)損耗的絕大局部。當然,在二極管開經(jīng)過程中,二極管和開關(guān)管也會發(fā)作一定的開關(guān)損耗,但是與二極管關(guān)斷時的開關(guān)損耗相比,常常要低得多。因而,二極管反向恢復(fù)惹起的開關(guān)損耗是CCM-PFC電路開關(guān)損耗的主要成分。關(guān)于普通的硅半導(dǎo)體器件,二極管反向恢復(fù)惹起的損耗會占到仝部開關(guān)損耗的70%以上。
但是,關(guān)于SiC肖特基二極管,其反向恢復(fù)電流卻簡直低到能夠疏忽。經(jīng)過實驗比擬三種額定值相同的二極管在不同殼溫下的反向恢復(fù)特性:一種是SDP04S60 SiC肖特基二極管(4A/600V),另外兩種是RURD460超快硅功率二極管(4A/600V)和STTHSR06D軟恢復(fù)硅功率二極管(5A/600V),如圖3所示。
相關(guān)于SiC肖特基二極管,超快和軟恢復(fù)硅功率二極管均有較大的反向恢復(fù)電流和較長的反向恢復(fù)時間。只是這兩種之間相比擬,反向恢復(fù)電流和反向恢復(fù)時間大小不同而已。并且,硅功率二極管的反向恢復(fù)電流和反向恢復(fù)時間均隨溫度的增加而增大。這就意味著,假如增高電路工作頻率→二極管開關(guān)損耗進一步增加→結(jié)溫上升→反向恢復(fù)電流和反向恢復(fù)時間增大→二極管反向恢復(fù)損耗增加→結(jié)溫上升…,構(gòu)成惡性循環(huán),給電路工作帶來的問題更趨嚴重。
但是,在圖3中,SiC肖特基二極管簡直不存在反向恢復(fù)電流,自然也沒有反向恢復(fù)時間問題。并且,SiC肖特基二極管的反向恢復(fù)特性隨溫度增加簡直看不出有什么變化,展示出良好的熱穩(wěn)定性。這闡明,在 Boost型PFC硬開關(guān)CCM變換電路中,二極管VD只需簡單地釆用SiC肖特基二極管,即可處理傳統(tǒng)硅二極管反向恢復(fù)電流招致的諸多問題,而不需對原電路和電路工作方式作任何改動。采用SiC肖特基二極管將一個復(fù)雜的電路及其控制技術(shù)問題變得如此簡表現(xiàn)了寬禁帶半導(dǎo)體電力電子器件的宏大應(yīng)用益處和潛力。