具有快速开关和低VCESAT的1200V碳化硅双极性晶体管

图3 额定电流15 A的1200 V SiC BJT的电流增益、VCESAT和VBESAT

图4显示了15A1200VSiC BJT在IC=12 A和800 V及150℃下的开关测量值，其结果是VCE上升和下降时间在10ns-30ns范围内。即便在150℃下，关断性能也无拖尾电流，因为SiC BJT的存储电荷非常少，可以推动SiC BJT进入深度饱和，而无开关损耗。在通态(on-state)期间，SiC BJT的快速开关是由于基区和集电区中存储的自由载流子电荷较少，所以可以忽略对开关性能的影响。开关速度只受寄生的基极-集电极和基极-发射极电容控制，因此证明了开关速度和开关功率损耗极可能与温度无关。


图4 在T=150 C与IC=12 A和VCE=800 V下，导通(左)和关断(右)的开关测量数值

为了实现快速开关，在导通(turn-on)和关断(turn-off)期间，使用提供高动态基极电流的驱动电路是非常重要的。图4中的开关波形包含了不需要的振荡，它的产生是因为TO-247封装和测试电路中的寄生电感。通过把SiC BJT芯片封装在具有最小电感的电源模块中，并分开用于驱动电路和发射极间连接的引脚，可以获得改进的开关性能。

飞兆与Danfoss Silicon Power和德国基尔应用科学大学(University of Applied Sciences Kiel)合作，研制了具有多个并行BJT芯片的原型电源模块。原型电源模块包含了两个引线，有六个并行联接的50 A SiC BJT芯片和六个反向并联的50 A SiC肖特基(Schottky)二极管芯片。该电源模块的尺寸为61 mm x 49 mm，采用环氧树脂封装，采用银烧结贴片技术。图5显示了单引线SiC BJT模块的IC-VCE 特性曲线。在IC=300 A下，正向压降VCESAT只有1.0 V。



图5 使用六个平行50 A 1200 V BJT芯片，采用环氧树脂封装的原型电源模块的单引线IC-VCE特征曲线

来自SiC BJT的外部器件评估结果是肯定的。仿真结果表明，假如可以用SiC BJT 取代Si IGBT，在PV逆变器中使用1200V器件，升压转换器的开关频率可以从16 kHz提高到64kHz，而不会增加总的功率损耗。使用SiC BJT和SiC肖特基二极管的完全基于SiC的电源模块技术，对于光伏逆变器和高端马达驱动，能够提高效率和增加开关频率。我们提供驱动电路指南和应用指南以支持SiC BJT技术，为客户提供改进能源效率的解决方案。也提供采用特殊金属TO-258封装的SiC BJT，目标为高温电力电子设备应用，比如石油和天然气钻探及航空。

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