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高效应用的增强型第4代CAL二极管

作者：时间：2012-05-25来源：网络收藏
2.3低开关频率用CAL 4F 1200V二极管的优化

本文引用地址：http://www.amcfsurvey.com/article/230467.htm

新近研发的具有合适载流子寿命分布的CAL4 HD 1200V二极管，其特征比SEMiX404GB12E4s 型功率模块中的CAL4 F 1200V二极管具有更低的正向压降（见图4）。其室温压降降低了400mV，这就确保它与CAL4续流二极管的“F”系列快速版本具有更低的静态损耗。此外，以额定电流IF=400A为例，SEMiX404GB12E4s功率模块中的CAL4 HD 1200V二极管，当电流高于200A以上即可得到正温度系数dU/dT，而CAL4 F 1200V二极管则需要电流大于250A以后才能得到正温度系数dU/dT，这也意味着，并联运行的正温度系数的优势是“F”快速系列和“HD”高密度系列的共同特征，此处结温的升高可以通过减小二极管的转换功率加以补偿。

使用双脉冲电流方法进行了反向恢复特性的测量。测量显示，CAL4 F 1200V 二极管比CAL4 HD 1200V二极管具有较低的开关损耗。功率模块的仿真显示，在最大负载电流方面总体是平衡的（见图5）。CAL4 HD二极管在开关频率fsw=3kHz时的特征电流要比负载电流高8％，而CAL 4F在开关频率fsw=16kHz时的特征电流要比负载电流高6％，低频（最佳：CAL4 HD）与高频（最佳：CAL4 F）二者的转换点应在6％～8％之间。

图4 CAL4 HD 1200V和CAL4 F 1200V二极管在4×100A并联二极管功率模块Semix404GB12E4s中的通态特性

图5 同尺寸CAL4 F 1200V和CAL4 HD1200V二极管的最大负载电流与开关频率的关系(IF=100ATjmax=150°C,Tc=80°C, dI/dt=1500A/µs)

总的来说，装配在SEMiX和SEMiTRANS型功率模块中的CAL4 HD 1200V二极管，在低的开关频率及高／中功率下应用时的最大特点是低的静态损耗。相比之下，CAL4 F 1200V二极管装配在MiniSKiiP、SkiM、SEMiTRANS等功率模块中，用在中／低功率的IGBT逆变器上时具有最佳的低的动态损耗。

2.4 650V等级的新型续流二极管

纯电动／混合电动车市场是功率电子的一个相对较新的市场。这些应用，以及更高效的驱动电池和直流电压，对于器件的形状和重量的要求是非常苛刻的，因此，CAL4 F技术开发了新一代的650V等级二极管，而不是先前几代CAL的600V等级。

图6 CAL4 F 650V二极管于400V，150A，150°C及dI/dt=1500 A/µs下的反向恢复特性

图7 CAL4 F 650V二极管的反向恢复损耗Eoff与dI/dt的关系（dI/dt=800-4500 A/µs）

二极管的转折电压改变以后，有两项参数需要重新设计。首先是掺杂剖面，对于PIN器件，窄的n－基区必须优化以确保650V以上的转折电压；其二，在一个相当宽的频率范围内对开关损耗与静态损耗之间做出优化折衷，手段则是优化轴向载流子寿命剖面。

当反向恢复以一个中等的dI/dt=1500A/µs换流时，CAL4 F 650V二极管显现了软开关特性，并且反向恢复时间达到了trr=0,4µs，如图6所示。

为了证实新型二极管在高速换流时也能够有效地开关，给出了图7所示的室温动态损耗及150°C动态损耗。反向恢复的测试显示，在室温和150°C下，dI/dt由800A/µs 增加到4500A/µs，动态损耗仅仅上升了2.5倍。在电路短路的情况下，FWD必须能够耐受非常高的开关速度，这时，动态雪崩有可能导致二极管的不可逆的应力损害。通过在临界条件下的反向恢复测量，CAL4 F 650V二极管显示了非常好的动态可重复性，也就是说，非常高的dI/dt=4500A/µs时，也没有造成模块的损坏。

高可靠性的CAL4 F 650V二极管将装配于MiniSkiiP和SkiM模块，并应用于诸如新一代MLI（多电平逆变器）装置。

3 结语

本文介绍了一种增强型第4代CAL续流二极管，电压等级有650V、1200V和1700V。这些二极管使用了人们已经熟知的多晶层／氧化层钝化技术，并与双场环一起优化设计，以达到在最高结温和极其恶劣条件下的极高的可靠性。

由于通态特性得到优化，表现为正温度系数dU/dT，因此，所有这些二极管都可以理想地用于并联运行而没有过热。此外，650V、1200V和1700V续流二极管的动态测量及匹配的IGBT，都显示了低的反向恢复峰值电流和软的开关特性。对于1200V电压等级，则针对不同的开关频率提供专门的解决方案。CAL 4F 1200V二极管优化于高的开关频率，而CAL4 HD 1200V二极管则在低的开关频率下具有优势。CAL4 F和CAL4 HD二极管都表现为软开关特性，并有非常高的动态可重复性。

这些新一代二极管的优点已经在很多SEMIKRON的模块或者第三方的模块中得到应用。
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关键词： 高效 增强型 CAL二极管

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