如何选择太阳能逆变器中的功率电子器件

硅二极管的反向恢复特性，在升压晶体管和相应的二极管中都会产生较高的损耗。而碳化硅二极管就没有这一问题（如图2中蓝色曲线所示）。只是由于电容性产生一个二极管瞬间负电流，这是由二极管的结电容电荷引起的。碳化硅二极管可大大减少晶体管的开通损耗和二极管的关断损耗，还可减少电磁干扰，因为波形非常平滑，没有振荡。

　　以往曾经报道过很多避免由二极管的反向恢复特性造成损耗的工艺，例如零电压开关的零电流开关等。所有这些都会大大增加元件数量和系统的复杂程度，结果经常使稳定性下降。特别值得提出的是，即使是在硬开关状态下通过使用碳化硅肖特基二极管，也可以用最少的元件实现软开关相同的效率。

　　高开关频率同样要求高性能的升压晶体管。超级结晶体管（如 CoolMOS）的引进，为进一步降低MOSFET 的单位面积导通电阻RDS(on) 带来了希望，如图3所示。

　很容易可以看出，与标准工艺相比，单位面积RDS(on)大概比CoolMOS低4倍~5倍。这意味着，在标准封装中，CoolMOS可实现最低绝对导通电阻值。这将带来最低导通损耗和最高效率。CoolMOS 工艺的单位面积RDS(on)表现出更好的线性度。当电压为600V时，CoolMOS的优势显而易见，如果电压更高，其优势就会加大。目前，最高的电压级为800V。

　　经多次研究表明：使用碳化硅二极管和超级结MOSFET如CoolMOS,优于采用标准的MOSFET和二极管工艺（如图4所示）解决方案。

　　用于逆变器的功率半导体

　　输出逆变器连接直流母线和电网。通常，开关频率没有DC/DC变换器的高。输出变换器必须处理由所有组变换器产生的电流总和。绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是在这一逆变器使用的理想器件。图5给出了IGBT工艺的两个横截面。

　　两种工艺都采用了晶圆减薄工艺，旨在降低导通损耗以及由衬底厚度太大造成的开关损耗。标准工艺和 TrenchStop工艺是非外延 IGBT工艺，没有采用晶体管生长工艺,因为此类工艺流程的成本很高，因为阻断电压是根据增长晶体的厚度来决定的。

　　在断开状态下，标准NPT 单元在半导体内部形成了一个三角形的电场。所有阻断电压都被衬底的n区域吸收（取决于其厚度），以使电场在进入集电极区域之前降到0。600V芯片的厚度是120mm，1200V芯片的厚度是170mm。饱和电压为正温度系数，从而简化了并联使用。