Kuris diodas yra stabilesnis esant aukštai temperatūrai?

一, tradicinių silicio{0}}diodų aukštos temperatūros gedimo mechanizmas
1. PN sandūros diodų temperatūros jautrumas
Standartiniai silicio PN jungties diodai turi dvigubą gedimo riziką esant aukštai temperatūrai:

Teigiamas charakteristikos pablogėjimas: kiekvieną kartą padidinus temperatūrą 1 laipsniu, tiesioginis įtampos kritimas sumažėja maždaug 2 mV, todėl padidėja laidumo praradimas. Pavyzdžiui, esant 150 laipsnių kampui, 1N4007 lygintuvo diodo tiesioginės įtampos kritimas sumažėja nuo 0,7 V kambario temperatūroje iki 0,4 V, tačiau laidumo srovė dėl šiluminio sužadinimo efekto padidėja tris kartus, sukeldama vietinį perkaitimą.
Pailgintas atvirkštinio atkūrimo laikas: mažumos nešėjų tarnavimo laikas pailgėja esant aukštai temperatūrai, o atvirkštinio atkūrimo laikas (trr) pailgėja nuo 500 ns kambario temperatūroje iki daugiau nei 2 μs, todėl perjungiant aukšto -dažnio programas patiriami dideli perjungimo nuostoliai. Pramoninio dažnio keitiklio atvejo analizė rodo, kad aplinkos temperatūrai pakilus nuo 25 laipsnių iki 125 laipsnių, tradicinių greito atkūrimo diodų perjungimo nuostoliai padidėja 47%, todėl IGBT modulio jungties temperatūra viršija standartą.
2. Schottky diodų srovės nuotėkio krizė
Nors silicio{0}}Schotky diodai turi mažą tiesioginės įtampos kritimą (0,2–0,4 V) ir greito perjungimo charakteristikas, jų metalinė puslaidininkinė jungtis aukštoje temperatūroje atskleidžia mirtinus defektus:

Atvirkštinis nuotėkio srovės indekso augimas: Kas 10 laipsnių temperatūros padidėjimas, nuotėkio srovė padvigubėja. Esant 175 laipsnių kampui, MBR2045CT Schottky diodo nuotėkio srovė gali siekti 10 mA, o tai gerokai viršija vardinę atvirkštinę srovę (5 μA @ 25 laipsnių). Automobilinio įkroviklio bandymo duomenys rodo, kad aplinkos temperatūrai pasiekus 125 laipsnius, tradicinių silicio Schottky diodų nuotėkio srovė lemia 3,2% sistemos efektyvumo sumažėjimą.
Šiluminio nutekėjimo pavojus: džaulių įkaitimas, kurį sukuria nuotėkio srovė, sudaro teigiamą grįžtamąjį ryšį su aplinkos temperatūra. Eksperimentas parodė, kad 200 laipsnių aplinkoje neatšaldytas silicio Schottky diodas per 30 sekundžių perdega dėl šiluminio bėgimo.
3. Zenerio diodo įtampos disbalansas
Zenerio diodai aukštoje temperatūroje susiduria su dvigubais iššūkiais:

Zenerio įtampos poslinkis: Kai temperatūros koeficientas yra -2 mV/laipsnis, 24 V įtampos reguliatoriaus išėjimo įtampa gali nukrypti iki 22,8 V, esant 150 laipsnių kampui, o tai turi įtakos tikslumo grandinių stabilumui.
Maksimalus išsklaidytos galios susilpnėjimas: šiluminė varža didėja didėjant temperatūrai, o tikroji tam tikro 1 W įtampos reguliatoriaus vamzdžio išsklaidyta galia sumažėja iki 0,3 W esant 125 laipsniams, todėl prietaisas perkaista ir sugadinamas.
2, aukštos temperatūros plataus pralaidumo medžiagos diodo proveržis
1. SiC Schottky diodas: iš naujo apibrėžiamas aukštos temperatūros laidumas
Silicio karbido medžiagos užtikrina stabilų veikimą aukštoje{0}}temperatūroje, remiantis trimis pagrindinėmis savybėmis:

Platus juostos tarpas slopina nuotėkio srovę: kai juostos plotis yra 3,2 eV, vidinė SiC nešiklio koncentracija 200 laipsnių kampu yra tik 1/10 silicio. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad C3D02060A SiC Schottky diodo nuotėkio srovės tankis esant 200 laipsnių yra tik 0,1 μ A/cm ², o tai yra trimis dydžiais mažesnis nei silicio prietaisų.
Didelis gedimo lauko stiprumas sumažina atsparumą laidumui: 10 kartų didesnis nei silicio lauko stiprumas (3MV/cm), leidžia naudoti plonesnius dreifo sluoksnius. 1200 V SiC Schottky diodo laidumo varža yra tik 0,8 m Ω, tai yra 90% mažesnė nei silicio PIN diodo ir sumažina laidumo nuostolius 75%.
Šilumos išsklaidymo optimizavimas su dideliu šilumos laidumu: 4,9 W/(cm · K) šilumos laidumas leidžia greitai perduoti šilumą į šilumą išsklaidantį pagrindą. Elektromobilio variklio valdiklio bandymai parodė, kad naudojant SiC Schottky diodus, įrenginio jungties temperatūra sumažinama 40 laipsnių ir sistemos efektyvumas pagerinamas 2,3 %, palyginti su silicio sprendimais.
2. Struktūrinės naujovės: mažumos operatorių saugyklos panaikinimas
SiC Schottky dioduose naudojama metalinė puslaidininkinė barjerinė struktūra, visiškai pašalinanti mažumos nešiklio įpurškimo rekombinacijos procesą PN sandūrose, o jų atvirkštinis atkūrimo įkrovimas (Qrr) yra tik 1/20 silicio greito atkūrimo diodų. Esant 100 kHz perjungimo dažniui, 650 V SiC Schottky diodo perjungimo nuostoliai, palyginti su silicio įrenginiais, sumažėja 82%, todėl maitinimo sistema gali veikti aukštais, virš 200 kHz, dažniais ir 60% sumažina magnetinių komponentų tūrį.

3, tipiškų taikymo scenarijų veikimo patikrinimas
1. Naujų energetinių transporto priemonių srityje
„Tesla Model 3“ variklio valdiklis naudoja Cree C3M0075120K SiC MOSFET ir atitinkamą Schottky diodą, kad pasiektų:

Perjungimo dažnis padidintas iki 50 kHz, induktoriaus tūris sumažintas 40 %
Sistemos efektyvumas siekia 98,5%, tai yra 1,2% didesnis nei silicio tirpalo
Diapazonas padidėjo 5–8 %
2. Pramoninių aukštos temperatūros{1}}krosnių valdymas
Tam tikros plieno įmonės nuolatinio liejimo mašinos maitinimo sistema naudoja ROHM SCH2080KE SiC Schottky diodą. Po nepertraukiamo veikimo 20 000 valandų 150 laipsnių temperatūroje:

Nuotėkio srovė išlieka stabili žemiau 0,5 μA
Įrenginio gedimo dažnis yra 0
Sistemos priežiūros ciklas pailgintas nuo 3 mėnesių iki 2 metų
3. Aviacijos ir erdvės maitinimo šaltinis
Europos kosmoso agentūros palydovo Sentinel-6 maitinimo sistemoje naudojami Infineon IDH06G65C5XKSA1 SiC Schottky diodai. Vakuuminio šalto ir karšto važiavimo dviračiu bandymo metu nuo -180 laipsnių iki +150 laipsnių:

Parametrų poslinkis<0.5%
Atsparumas radiacijai iki 100 kradų (Si)
Svoris sumažėjo 30%, palyginti su silicio tirpalu