Mikä diodi on vakaampi korkeissa lämpötiloissa?

一, Perinteisten pii{0}}diodien korkean lämpötilan vikamekanismi
1. PN-liitosdiodien lämpötilaherkkyys
Tavallisilla pii-PN-liitosdiodilla on kaksinkertainen vikaantumisriski korkeissa lämpötiloissa:

Positiivinen ominaisuuksien heikkeneminen: Jokaista 1 asteen lämpötilan nousua kohden eteenpäin suunnattu jännitehäviö pienenee noin 2 mV, mikä lisää johtavuushäviötä. Esimerkiksi 150 asteessa 1N4007 tasasuuntausdiodin eteenpäin suuntautuva jännitehäviö laskee 0,7 V:sta huoneenlämpötilassa 0,4 V:iin, mutta johtavuusvirta kasvaa kolminkertaiseksi lämpöherätysvaikutuksen vuoksi, mikä aiheuttaa paikallista ylikuumenemista.
Pidennetty käänteinen palautumisaika: Vähemmistökantoaaltojen käyttöikä pitenee korkeissa lämpötiloissa, ja käänteinen palautumisaika (trr) pidennetään 500 ns:sta huoneenlämpötilassa yli 2 μs:iin, mikä johtaa merkittäviin kytkentähäviöihin korkean taajuuden vaihtosovelluksissa. Teollisuuden taajuusmuuttajan tapaustutkimus osoittaa, että kun ympäristön lämpötila nousee 25 astetta 125 asteeseen, perinteisten pikapalautusdiodien kytkentähäviö kasvaa 47 %, jolloin IGBT-moduuliliitoksen lämpötila ylittää standardin.
2. Schottky-diodien vuotovirta
Vaikka pii{0}}pohjaisilla Schottky-diodeilla on alhainen eteenpäin suuntautuva jännitehäviö (0,2–0,4 V) ja nopeat kytkentäominaisuudet, niiden metallipuolijohdeliitos paljastaa kohtalokkaita vikoja korkeissa lämpötiloissa:

Käänteinen vuotovirtaindeksin kasvu: Jokaista 10 asteen lämpötilan nousua kohden vuotovirta kaksinkertaistuu. 175 asteen kulmassa MBR2045CT Schottky-diodin vuotovirta voi saavuttaa 10 mA, mikä ylittää huomattavasti sen nimelliskääntövirran (5 μA @ 25 astetta). Autolaturin testitiedot osoittavat, että kun ympäristön lämpötila saavuttaa 125 astetta, perinteisten pii-Schottky-diodien vuotovirta johtaa 3,2 %:n laskuun järjestelmän tehokkuudessa.
Lämmön karkaamisen vaara: Vuotovirran synnyttämä joule-lämmitys muodostaa positiivisen takaisinkytkentäsilmukan ympäristön lämpötilan kanssa. Koe osoitti, että 200 asteen ympäristössä jäähdyttämätön pii-Schottky-diodi palaa 30 sekunnissa lämmön karkaamisen vuoksi.
3. Zener-diodin jänniteepätasapaino
Zener-diodit kohtaavat kaksi haastetta korkeissa lämpötiloissa:

Zener-jännitepoikkeama: Lämpötilakertoimella -2mV/aste 24V jännitesäätimen lähtöjännite voi poiketa 22,8V:iin 150 asteessa, mikä vaikuttaa tarkkuuspiirien vakauteen.
Suurin hävinneen tehon vaimennus: Lämpövastus kasvaa lämpötilan myötä, ja tietyn 1 W:n jännitteensäädinputken todellinen hajautettu teho laskee 0,3 W:iin 125 asteessa, mikä johtaa laitteen ylikuumenemiseen ja vaurioitumiseen.
2, korkean lämpötilan läpimurto laajakaistainen materiaalidiodi
1. SiC Schottky-diodi: määrittelee uudelleen korkean lämpötilan johtavuuden
Piikarbidimateriaalit saavuttavat korkean lämpötilan{0}}vakaan toiminnan kolmen tärkeimmän ominaisuuden perusteella:

Leveä kaistaväli vaimentaa vuotovirtaa: Kun kaistan leveys on 3,2 eV, piikarbidin sisäinen kantoaaltopitoisuus 200 asteessa on vain 1/10 piin vastaavasta. Kokeelliset tiedot osoittavat, että C3D02060A SiC Schottky -diodin vuotovirran tiheys 200 asteessa on vain 0,1 μ A/cm ², mikä on kolme suuruusluokkaa pienempi kuin piilaitteiden.
Suuri läpilyöntikentän voimakkuus vähentää johtavuusvastusta: 10 kertaa piin läpilyöntikentän voimakkuus (3MV/cm) mahdollistaa ohuempien ajelehtivien kerrosten käytön. 1200 V:n SiC Schottky -diodin johtavuusvastus on vain 0,8 m Ω, mikä on 90 % pienempi kuin pii-PIN-diodin ja vähentää johtavuushäviötä 75 %.
Lämmönpoiston optimointi korkealla lämmönjohtavuudella: Lämmönjohtavuus 4,9 W/(cm · K) mahdollistaa nopean lämmönsiirron lämpöä hajoavalle alustalle. Sähköajoneuvon moottoriohjaimella tehdyt testit ovat osoittaneet, että SiC Schottky -diodien käyttö laskee laitteen liitoslämpötilaa 40 astetta ja parantaa järjestelmän tehokkuutta 2,3 % silikoniratkaisuihin verrattuna.
2. Rakenteelliset innovaatiot: vähemmistöoperaattorin tallennustilan poistaminen
SiC Schottky -diodeissa on metallinen puolijohdesulkurakenne, joka eliminoi kokonaan vähemmistön kantoaallon injektiorekombinaatioprosessin PN-liitoksissa, ja niiden käänteinen palautusvaraus (Qrr) on vain 1/20 pii nopeasti palautuvien diodien vastaavasta. 100 kHz:n kytkentätaajuudella 650 V:n SiC Schottky -diodin kytkentähäviö pienenee 82 % piilaitteisiin verrattuna, mikä mahdollistaa tehojärjestelmän toiminnan yli 200 kHz:n korkeilla taajuuksilla ja vähentää magneettisten komponenttien määrää 60 %.

3, tyypillisten sovellusskenaarioiden suorituskyvyn tarkastus
1. Uusien energiaajoneuvojen alalla
Tesla Model 3 -moottoriohjain käyttää Cree C3M0075120K SiC MOSFETiä ja vastaavaa Schottky-diodia saavuttaakseen:

Kytkentätaajuus nostettu 50 kHz:iin, induktorin äänenvoimakkuutta vähennetty 40 %
Järjestelmän tehokkuus on 98,5 %, mikä on 1,2 % korkeampi kuin piiliuoksella
Alue kasvoi 5-8 %
2. Teollisuuden korkean lämpötilan-uunien ohjaus
Tietyn teräsyrityksen jatkuvavalukoneen voimajärjestelmä käyttää ROHM SCH2080KE SiC Schottky-diodia. 20 000 tunnin jatkuvan käytön jälkeen 150 asteen ympäristössä:

Vuotovirta pysyy vakaana alle 0,5 μA
Laitteen virheprosentti on 0
Järjestelmän huoltojaksoa on pidennetty 3 kuukaudesta 2 vuoteen
3. Ilmailun virtalähde
Euroopan avaruusjärjestön Sentinel-6-satelliitin voimajärjestelmä käyttää Infineon IDH06G65C5XKSA1 SiC Schottky -diodeja. Tyhjiökylmä ja kuuma pyöräilytestin aikana -180 astetta +150 asteeseen:

Parametrien poikkeama<0.5%
Säteilykestävyys jopa 100 krad (Si)
Painoa vähennetty 30 % silikoniliuokseen verrattuna