SiC肖特基二极管如何提升升压转换器的性能

目录

1. 开关频率对开关电源功率损耗的影响

2. 实验验证：PFC升压转换器中SiC肖特基二极管的性能

3. SiC二极管在不同频率下的性能比较优势

4. SiC肖特基二极管的系统级优势

5. SHYSEMI SiC 技术实践

关键词：碳化硅肖特基二极管、开关电源、反向恢复、MOSFET、功率因数校正、电磁干扰滤波器、寄生电容、功率拓扑结构

介绍

开关电源（SMPS）在现代电子产品中扮演着至关重要的角色，从消费电子产品到工业系统都离不开它。在便携式电脑等应用中，电源的重量可能占到系统总重量的10%以上。

为了实现更高的功率密度和转换效率，设计人员通常会从以下三个主要方向进行优化：

1. 开关频率对开关电源功率损耗的影响

虽然软开关技术可以减轻开关损耗并支持更高的工作频率，但它们通常需要额外的无源元件，这会增加电路的复杂性并阻碍紧凑型设计。

相比之下，硬开关拓扑结构更简单紧凑，但其开关损耗固有地限制了可达到的频率。在这种拓扑结构中，使用单极器件（例如 MOSFET 和肖特基二极管，它们不存在少数载流子存储效应）具有显著优势。

这些器件仅受寄生电容的影响，从而缩短了开关时间，并减少了转换过程中的电流-电压重叠。这直接转化为更低的开关损耗和更高的系统效率。

传统的硅肖特基二极管具有正向压降低、反向恢复极小等优点，但其击穿电压有限，因此只适用于低电压应用。

相比之下，基于宽带隙材料特性的碳化硅肖特基二极管，其击穿电场强度比硅高10倍，热导率与铜相当。这些特性使其阻断电压高达3500伏，突破了硅器件长期以来受到的材料限制。

因此，采用功率 MOSFET 与 SiC 肖特基二极管相结合的硬开关拓扑结构为高频、高效率的功率转换提供了一条切实可行的途径。

2. 实验验证：PFC升压转换器中SiC肖特基二极管的性能

由……进行绩效评估 英飞凌科技公司推出了一款采用硬开关拓扑结构的 400W 连续导通模式 (CCM) PFC 升压转换器。

关键参数：

主要器件：SiC肖特基二极管（SDP04S60）和功率MOSFET（SPP20N60C3 ）

效率结果：

观察结果：

3. SiC二极管在不同频率下的性能比较优势

在 140 kHz 频率下，在 400 W 转换器中用 SiC 肖特基二极管代替标准超快硅二极管，可使总功率损耗降低 8.7 W，效率提高约 2%。

用 140 kHz SiC 肖特基二极管替换 70 kHz 超快二极管，总损耗减少了 4 W，效率提高了 1% 以上。

在 350 kHz 时，用具有等效散热能力的 SiC 肖特基二极管代替 70 kHz 超快二极管，可以在保持总功率损耗和热性能不变的情况下，将 PFC 扼流圈体积减少 65%。

4.碳化硅肖特基二极管的系统级优势

SiC肖特基二极管的优势远不止于单个器件的性能。它们正在从根本上重塑电力系统设计，具体体现在以下几个方面：

4.1 高频系统架构

SiC 技术消除了传统硬开关电路的频率上限，从而在保持卓越效率的同时，显著减小了无源元件的尺寸和重量。

4.2 超高功率密度

通过将低开关损耗与高频运行相结合，设计人员可以采用更小的磁芯和更简化的散热解决方案，从而为更小、更轻、更紧凑的电源铺平道路。

4.3 扩展的高温高压能力

优异的热稳定性和高击穿强度使 SiC 二极管成为服务器电源、电动汽车车载充电器 (OBC)、光伏逆变器和工业电机驱动器的理想选择，在这些应用中，高可靠性和效率至关重要。

5.SHYSEMI SiC 技术实践

在SHYSEM I ，我们的 SiC 肖特基二极管是我们最具竞争力的产品线之一。
我们的 北京汽车研究院已实现高压配电（HPD）用SiC MOSFET模块的量产，并在实际应用中展现出显著优势：

6.结论

总而言之，SiC 肖特基二极管的作用不仅仅是提高性能——它们重新定义了升压转换器的运行边界。
凭借其固有的材料和结构优势，SiC 技术能够实现下一代高频、高效率和高密度电力系统。

选择碳化硅肖特基二极管不仅仅是一项升级，更是迈向未来先进电力电子技术的战略一步。如需了解更多信息或进行技术合作，请联系我们。 联系 SHYSEM I。