РЕКЛАМНА ПУБЛИКАЦИЯ

Rohm Semiconductor, Списание Енерджи ревю - брой 1, 2011

РЕКЛАМНА ПУБЛИКАЦИЯ Rohm Semiconductor



Шотки диоди от SiC осигуряват предимства при разработка на автомобилни

и индустриални системи

аблюдаваният бърз растеж в областта на силовата електроника се дължи основно на появата на хибридните (НЕV) и електрическите (ЕV) автомобили. По-ефективното преобразуване на електрическата енергия в механична по време на тяхната работа (в движение) става все по-важно, или с други думи, загубите в преобразувателите с класически силициеви полупроводникови прибори поставят все повече проблеми, което налага търсенето на подходяща тяхна алтернатива.

Най-обещаващ кандидат е силициевият карбид (SiC) поради по-добрите му качества като материал и преди всичко по-малките загуби. Параметрите на този полупроводник са по-добри от тези на силиция - около три пъти по-широка забранена зона, десет пъти по-голяма диелектрична якост и три пъти по-голяма топлинна проводимост. Това го прави идеален за реализация на мощни прибори и работа при високи температури. Недостатък, на фона на тези предимства, е необходимостта от големи инвестиции при производството му като материал и неговата обработка за реализация на мощни прибори.

Компанията ROHM Semiconductor води дългогодишна научноизследователска работа в областта на приборите от SiC, започнала с успешната разработка през 2004 г. на прототип на MOS транзистор от SiC и последвана от мощни модули и Шотки диоди - SBD (Schottky barrier diodes). Подобрения в SBD от SiC бяха направени на основата на проведено през 2005 г. потребителско проучване. В резултат на това бе разработена цялостно система за производство на прибори от SiC и бе закупена немската фирма SiCrystal AG с цел осигуряване на редовни доставки на висококачествени пластини от монокристален SiC. Понастоящем, ROHM Semiconductor предлага продукти изцяло собствено производство при пълен контрол на цената и управление на качеството.

В доклада „Проучване на пазара на мощни прибори от SiC и GaN за първото тримесечие на 2010 г.”, публикуван през април 2010 г. от компанията IMS Rеsearch, се отбелязва, че през 2010 г. производството на Шотки диоди от SiC ще нарасне с повече от 50%, докато увеличението през 2009 г. е било с 25% спрямо предходната година. Прогнозите сочат нарастване на производството на мощни прибори от SiC и модули с тях до обем от 110 млн. USD през 2012 г.

Сравняването на техническите параметри с класическите силициеви Шотки диоди показва изключително малко време за възстановяване на обратното съпротивление на приборите от SiC, което е невъзможно да бъде постигнато в тези от силиций и което обуславя по-големи честоти на превключване. Така натрупваният електрически заряд Qrr се свежда до минимум, значително се намаляват загубите от превключване и се създават условия за намаляване на размерите на крайните изделия.

Освен това, стойността на времето за възстановяване на обратното съпротивление trr на приборите от SiC е постоянна. То се получава след промяна на напрежението върху диода от права в обратна посока, когато протича обратен ток. Това време не зависи от температурата, за разлика от класическите силициеви диоди с бързо възстановяване на обратното съпротивление – FRD (Fast recovery diode), при които то нараства с увеличаването й. Тази стабилност осигурява работа при високи температури без увеличаване на загубите от превключване. Наличието на по-слаба зависимост на параметрите от температурата (например на напрежението в права посока) в сравнение със силициевите прибори позволява по-лесното паралелно свързване на диодите от SiC и не позволява познатото неконтролирано нарастване на температурата на силициевите FRD.

Предлаганата от ROHM Semiconductor нова серия SCS110A на SBD от SiC има време на възстановяване на обратното съпротивление (trr) 15 ns, което е много по-малко от типичната стойност 35 - 50 ns на класическите силициеви FRD. Резултатът от това е намаляване на загубите при превключване с 2/3 и съответно на нагряването от генерираната топлина.

Освен това, SiC прибори от серията работят по-стабилно при промени на температурата в сравнение със силициевите SBD, при по-малко trr и с 15% по-малък корпус. Всичко това, съчетано със съпротивлението в отпушено състояние, зависимостта от температурата и стойността на напрежението в права посока (VF=1,5 V при 10 А), осигурява по-голям коефициент на полезно действие. Компанията ROHM Semiconductor е решила и проблемите, възникващи при серийното производство на SBD прибори от SiC, като осигуряването на неизменна стойност на контактната потенциална разлика на прехода и създаването на високоомен предпазен пръстен без високотемпературна обработка, което й дава възможност да реализира пълен собствен производствен цикъл.

В резултат на това, новата серия SCS110A на SBD от SiC на ROHM осигурява по-малки загуби и работи до по-високи напрежения, като има предимства по отношение на напрежението в права посока и съпротивлението в отпушено състояние по отношение на други серийно произвеждани SBD от SiC. Така наречената плътностт на мощността е по-голяма и няма неконтролирано повишаване на температурата на приборите, а разсейването на топлината става не само от предната, но и от задната им страна, с което се подобрява ефективността и надеждността на системите и се намаляват размерите им.

Възможността за работа при високи температури, съчетана с малките загуби при големи честоти на превключване, прави модулите със SiC прибори на ROHM идеалния избор за приложения, в които се работи при високи температури и се изискват малки загуби при превключване. Такива са например системите за корекция на фактора на мощност (PFC), конверторите и инверторите, използвани в хибридни и електрически автомобили и климатични системи.

В заключение може да се изтъкне, че пазарната поява и приложението в силовите електронни системи на усъвършенствани и с добро съотношение цена - ефективност мощни полупроводникови прибори от SiC ще ускори разработките в областта на корпусирането, пасивните елементи, охлаждането и проектирането на схеми и системи, както и ще доведе до подобрения в конструктивните и експлоатационни характеристики на електродвигателите и изпълнителните механизми.


Други рекламни публикации на Rohm Semiconductor


Top