运用 MPS SiC 二极管可最大极限地下降高频开关形式电源中的损耗

高频开关形式电路，例如运用接连导通形式 （CCM） 的。功率因数。校对 （。PFC。） 电路，需求具有低开关损耗的。二极管。。关于 CCM 形式下的传统硅 （Si） 二极管，这些开关损耗是由关断期间二极管结中存储的电荷导致二极管的反向恢复。电流。引起的。最小化这些损耗一般需求具有更大均匀正向电流的 Si 二极管，然后导致更大的物理尺度和更高的本钱。

碳化硅 （SiC） 二极管是 CCM PFC 电路中更好的挑选，因为它的反向恢复电流本质上仅仅。电容。性的。削减 SiC 器材中的少量载流子注入意味着 SiC 二极管的开关损耗接近于零。此外，与传统的 SiC。 肖特基。二极管相似，兼并的。 PI。N 肖特基 （。MPS。） SiC 二极管可下降器材的正向压降。这进一步下降了传导损耗。

本文扼要评论了 CCM PFC 电路中低损耗开关的应战。然后，本文介绍了。 Vishay。General Sem。ic。onductor。 Diode。s Division 的 MPS 器材示例，并展现了怎么运用它来最大极限地削减损耗。

低损耗开关要求。

额外功率超越 300 瓦的。 AC。/。DC。开关形式。电源。一般运用 PFC 来协助满意国际规范，例如 IEC61000-4-3，这些规范规则了无功功率和线路谐波水平。PFC 电源中运用的二极管，尤其是在高频运转的。开关电源。中，有必要能够处理电源的额外功率以及与电路导通和开关动作相关的相关损耗。Si 器材具有显着的反向恢复损耗。当 Si 二极管从导电状况切换到非导电状况时，它会坚持导电状况，一起带电载流子从结中移除。这导致在二极管的反向恢复时间内有很多电流流过，这成为 Si 二极管的关断损耗。

SiC 肖特基二极管的反向恢复仅限于电容放电，电容放电发生得更快，有用消除了关断损耗。SiC 二极管具有较高的正向压降，这可能会导致导通损耗，但压降是能够操控的。SiC 二极管还具有能够处理更高温度规模和更快开关的优势。更高的温度规模答应更高的功率密度，然后完成更小的封装。更快的开关速度是因为肖特基结构和 SiC 更短的反向恢复时间。在更高的开关频率下作业会导致更小的。电感器。和。电容器。值，然后进步电源的体积功率。

SiC MPS 二极管。

SiC MPS 二极管结合了肖特基二极管和 PIN 二极管的有用特性。这种结构使二极管具有快速开关、低导通态压降、低关断态走漏和杰出的高温特性。

运用纯肖特基结的二极管可供给尽可能低的正向电压，但在大电流下会遇到问题，例如某些 PFC 运用中的浪涌电流。MPS 二极管经过在肖特基结构的金属漂移区下方植入 P 掺杂区域来进步浪涌电流功能（图 1）。这与肖特基二极管阳极处的金属构成 P-Ohmic 触摸，并与轻掺杂的 SiC 漂移或外延层构成 P-N 结。

图 1：所示为 SiC 肖特基二极管（左）和 MPS（右）二极管的结构比较。（图片来历：Vishay Semiconductor）。

在正常情况下，MPS 二极管的肖特基结构简直传导整个电流，二极管的行为相似于肖特基二极管，具有随之而来的开关特性。

在高瞬态浪涌电流的情况下，MPS 二极管两头的电压会添加到超越内置 P-N 二极管的。阈值电压。，该二极管开端导通，然后下降部分。电阻。。这会将电流搬运经过 P-N 结区域，然后约束功率耗散并下降 MPS 二极管中的热应力。在大电流下漂移区电导率的添加使正向电压坚持在低值。

SiC 器材的浪涌电流功能来自于器材的单极特性及其相对较高的漂移层电阻。MPS 结构也改进了这一功能参数，而 P 掺杂区域的几许方位、巨细和掺杂浓度会影响终究特性。正向压降是漏电流和浪涌电流额外值之间的折衷方案。

在反向偏置下，P 掺杂区域迫使最大场强的总面积向下，远离具有缺点的金属势垒，进入简直无缺点的漂移层，然后下降总走漏电流。这答应 MPS 器材在相同的漏电流和漂移层厚度下在更高的击穿电压下作业。

Vishay 的 MPS 结构选用薄膜技能，其间激光退火用于减薄二极管结构的反面，与前期解决方案比较，正向压降下降了 0.3 伏。此外，二极管的正向压降简直与温度无关（图 2）。

图 2：纯肖特基二极管结构（虚线）和 MPS 二极管结构（实线）之间的正向压降比较标明，MPS 二极管在添加正向电流时坚持更共同的正向压降。（图片来历：Vishay Semiconductors）。

该图显现了两种二极管的正向电压与正向电流的联系，以温度为。参数。。关于高于 45 安培 （A） 的电流，纯肖特基二极管的正向电压降呈指数添加。MPS 二极管在添加正向电流时坚持更共同的正向压降。请注意，MPS 二极管中的正向电流水平越高，正向电压越高，温度越高。

MPS 二极管示例。

Vishay 的高档 SiC MPS 二极管的额外电压为 1200 反向峰值电压，正向电流额外值为 5 至 40 A。例如，VS-3C05ET12T-M3（图 3）是选用 TO-220-2 外壳的通孔装置二极管，额外正向电流为 5 A，在其全额外电流下正向电压为 1.5 V。二极管的反向漏电流为 30 微安 （mA），额外最高作业结温为 +175°C。

图 3：VS-3C05ET12T-M3 SiC MPS 二极管选用通孔封装，额外正向电流为 5 A，在其全额外电流下正向电压为 1.5 V。（图片来历：Vishay Semiconductor）。

该二极管系列是高速、硬开关运用的最佳挑选，可在较宽的温度规模内供给高效运转。

MPS SiC 二极管运用。

MPS 二极管一般运用于各种开关形式。电源电路。，例如。 DC/DC。转换器。，包括光伏运用中常见的运用全桥相移 （FBPS） 和电感器-电感器-电容器 （LLC） 拓扑结构的电路。另一个常见运用是运用 PFC 电路的 AC/DC 电源。

功率因数是有功功率与视在功率之比，衡量。电气。设备中输入功率的运用功率。功率因数为 1 是抱负的。较低的功率因数意味着视在功率大于有功功率，这会导致驱动特定负载所需的电流添加。功率因数低的负载中的高峰值电流也会导致电力线上呈现谐波。电源供货商一般指定用户功率因数的答应规模。AC/DC 电源能够规划为包括 PFC（图 4）。

图 4：所示是在带有升压转换器的 AC/DC 电源中完成的典型有源 PFC 级示例。（图片来历：Vishay Semiconductor）。

在图 4 中，桥式整流器。B1 将沟通输入转换为直流输入。MOSFET。Q1 是一个。电子。开关，由 PFC IC（未显现）“翻开”和“封闭”。当 MOSFET “导通”时，经过电感的电流呈线性添加。此刻，SiC 二极管被输出电容器上的电压 （C外），而且 SiC 二极管的低反向漏电流最大极限地削减了漏损。当 MOSFET “关断”时，电感器向 C 供给线性递减的电流外经过正向偏置输出。整流二极管。。

在 CCM PFC 电路中，电感电流在整个开关周期内不会降至零。CCM PFC 常见于供给数百瓦或更高功率的电源中。MOSFET 开关由 PFC IC 进行脉宽调制 （PWM），因而电源电路的输入阻抗显现为纯电阻性（功率因数为 1），而且峰值与均匀电流的比值（波峰因数）坚持在较低水平（图 5）。

图 5：所示为 CCM PFC 升压电路中的瞬时电流和均匀电流。（图片来历：Vishay Semiconductor）。

与电感电流到达零且二极管开关处于无偏置状况的不接连和临界电流作业形式不同，CCM 电路中的电感电流永久不会下降到零，因而当开关改动状况时，电感电流不为零。当二极管切换到反向状况时，反向恢复会明显添加损耗。运用 MPS SiC 二极管能够消除这些损耗。运用 MPS SiC 二极管后，开关损耗下降，然后减小了二极管和有源开关的。芯片。尺度和本钱。

定论。

与 Si 比较，Vishay 的 MPS SiC 肖特基二极管具有更高的正向电流额外值、更低的正向压降和更低的反向恢复损耗，所有这些都选用更小的封装和更高的额外温度。因而，它们十分合适用于开关形式电源规划。

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