高效應用的增強型第4代CAL二極管

圖1 CAL 4F二極管橫截面，標示了場(chǎng)環(huán)、單場(chǎng)板及雙場(chǎng)板結構。鈍化層由氧化層和多晶層組成。

越來(lái)越多的功率電子裝置被安裝在惡劣環(huán)境中而沒(méi)有任何的外部保護。增強型第4代CAL二極管通過(guò)多晶鈍化層／氧化層設計，并與新近研發(fā)出來(lái)的雙場(chǎng)環(huán)設計相結合（如圖1所示），可以應用在惡劣條件中。這種新的結終端設計的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)應用于650V和1700V新電壓等級，也包括已有的1200V續流二極管。

用于抵御環(huán)境影響（如高濕度和溫度）的新終端設計的可靠性已經(jīng)通過(guò)試驗驗證，試驗時(shí)間1000小時(shí)，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V_RM）下進(jìn)行試驗期間檢測的漏電流數據顯示，整個(gè)試驗期間漏電流保持穩定。

2.2新型CAL4 F 1700V二極管

對于續流二極管主要的要求是低的靜態(tài)損耗和低的動(dòng)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(huì )引起動(dòng)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(guò)軸向壽命及摻雜分布的優(yōu)化來(lái)獲得，對于在低的和高的開(kāi)關(guān)頻率下應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（T_j=150°C）下相應的通態(tài)特性曲線(xiàn)示于圖2。CAL4 F 1700V二極管最顯著(zhù)的通態(tài)特性，是在電流大于50A以后所呈現的正溫度系數dU/dT。由于正溫度系數dU/dT的原因，當并聯(lián)二極管在高功率應用（優(yōu)化靜態(tài)及動(dòng)態(tài)功率分配）及直流（DC）高電壓應用（關(guān)斷期間限制動(dòng)態(tài)過(guò)電壓）時(shí)，這種新一代的二極管能夠自動(dòng)分配電流，保持平衡。

為了評價(jià)反向恢復特性，我們使用了雙脈沖電流，其負載為電感。續流二極管（FWD）由通態(tài)向斷態(tài)的切換，由一個(gè)與之串聯(lián)的IGBT完成。CAL4 F 1700V二極管的換流dI/dt=1500 A/μs，測試結果顯示為軟的恢復特性（見(jiàn)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(gè)芯片所能承受的負載電流。計算依據是由靜態(tài)和動(dòng)態(tài)損耗而引起的芯片溫度的上升，最大負載電流就是當二極管或IGBT的模擬仿真的溫度超過(guò)工作溫度時(shí)的負載電流。

CAL 4F 1700V二極管的增強型終端結構，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(dòng)態(tài)損耗的降低與最高工作結溫的提高，二者的結合，使得CAL 4F二極管的性能比CAL I 1700V和CAL HD 1700V具有顯著(zhù)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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