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高效應(yīng)用的增強型第4代CAL二極管

作者: 時間:2012-05-25 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
通過完整的HTRB試驗,CAL4 F 1700V、CAL4 F 1200V、和CAL4 F 650V二極管的漏電流全都顯示在穩(wěn)定的水平,從而證明這種鈍化設(shè)計具有非常好的高溫特性。HTR試驗后,二極管的阻斷電流仍然很低,并且,盡管經(jīng)受了長時間的試驗,該阻斷電流并沒有明顯的上升。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/230467.htm

圖1 CAL 4F二極管橫截面,標(biāo)示了場環(huán)、單場板及雙場板結(jié)構(gòu)。鈍化層由氧化層和多晶層組成。

越來越多的功率電子裝置被安裝在惡劣環(huán)境中而沒有任何的外部保護。第4代通過多晶鈍化層/氧化層設(shè)計,并與新近研發(fā)出來的雙場環(huán)設(shè)計相結(jié)合(如圖1所示),可以應(yīng)用在惡劣條件中。這種新的結(jié)終端設(shè)計的優(yōu)點已經(jīng)應(yīng)用于650V和1700V新電壓等級,也包括已有的1200V續(xù)流二極管。

用于抵御環(huán)境影響(如高濕度和溫度)的新終端設(shè)計的可靠性已經(jīng)通過試驗驗證,試驗時間1000小時,溫度85°C,高濕度(85% r.H.),非常高的反偏電壓(80%阻斷電壓)。在上述試驗條件(85% r.H./85°C/80%的VRM)下進行試驗期間檢測的漏電流數(shù)據(jù)顯示,整個試驗期間漏電流保持穩(wěn)定。

2.2新型CAL4 F 1700V二極管

對于續(xù)流二極管主要的要求是低的靜態(tài)損耗和低的動態(tài)損耗,二者與二極管的安全并聯(lián)密切關(guān)聯(lián)。為了得到所期望的低的靜態(tài)損耗,低的正向通態(tài)壓降是必須的。然而,正向通態(tài)壓降的降低又會引起動態(tài)損耗的增加。對于CAL4 F 1700V二極管,這兩種功率損耗之間的平衡是通過軸向壽命及摻雜分布的優(yōu)化來獲得,對于在低的和高的開關(guān)頻率下應(yīng)用的二極管尤其如此。

CAL4 F 1700V二極管(額定電流75A)在室溫(RT)和高溫(Tj=150°C)下相應(yīng)的通態(tài)特性曲線示于圖2。CAL4 F 1700V二極管最顯著的通態(tài)特性,是在電流大于50A以后所呈現(xiàn)的正溫度系數(shù)dU/dT由于正溫度系數(shù)dU/dT的原因,當(dāng)并聯(lián)二極管在高功率應(yīng)用(優(yōu)化靜態(tài)及動態(tài)功率分配)及直流(DC)高電壓應(yīng)用(關(guān)斷期間限制動態(tài)過電壓)時,這種新一代的二極管能夠自動分配電流,保持平衡。

為了評價反向恢復(fù)特性,我們使用了雙脈沖電流,其負載為電感。續(xù)流二極管(FWD)由通態(tài)向斷態(tài)的切換,由一個與之串聯(lián)的IGBT完成。CAL4 F 1700V二極管的換流dI/dt=1500 A/μs,測試結(jié)果顯示為軟的恢復(fù)特性(見圖3)

圖2 CAL4 F 1700V (75A)二極管的室溫(RT)及150°C通態(tài)特性

圖3 CAL 4F1700V二極管的反向恢復(fù)特性,其中dI/dt=1500 A/μs

為了論證使用新一代CAL 4F 1700V二極管的模塊性能得到改善,我們計算了單個芯片所能承受的負載電流。計算依據(jù)是由靜態(tài)和動態(tài)損耗而引起的芯片溫度的上升,最大負載電流就是當(dāng)二極管或IGBT的模擬仿真的溫度超過工作溫度時的負載電流。

CAL 4F 1700V二極管的終端結(jié)構(gòu),使它的工作溫度能夠達到Top=150°C,而CAL I 1700V 和CAL HD 1700V二極管只能工作到Top=125°C。

仿真指出,動態(tài)損耗的降低與最高工作結(jié)溫的提高,二者的結(jié)合,使得CAL 4F二極管的性能比CAL I 1700V和CAL HD 1700V具有顯著的優(yōu)勢。CAL4 F 1700V二極管的電流性能分別比CAL HD 1700V 和 CAL I 1700V二極管高出27%和33%。仿真只計算到二極管的限定電流。


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