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2021年，疫情持續(xù)的一年，平凡而又不平靜的一年，有喜有悲，有期待的有祈禱的。就這樣在今年寥寥的幾篇更新的我，只想幾天過后的來年能夠發(fā)生更多“令人滿意”的喜悅......
希望大家能夠多點(diǎn)時(shí)間照顧好自己，多點(diǎn)時(shí)間照顧好父母，多點(diǎn)時(shí)間將愛情、親情、友情放在日程上，因?yàn)椴恢滥囊惶焖筒粫?huì)再給我們機(jī)會(huì)了。
好了，希望一切都好。讓我們開始今天的話題，寬禁帶半導(dǎo)體(這里主要就SiC展開)中普遍易于硅基的振蕩。
寬禁帶半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì)這里就不再贅述了，日趨成熟，大勢(shì)所趨。相對(duì)于硅基功率器件，在SiC器件在擊穿場(chǎng)強(qiáng)、飽和漂移 速度和熱導(dǎo)率等方面優(yōu)勢(shì)的背后，驅(qū)動(dòng)、封裝等也有很多需要配合改進(jìn)的地方，當(dāng)然這也是SiC普及受限的一部分因素。今天我們聊的是SiC器件在其工作中出現(xiàn)的一種振蕩現(xiàn)象，也是最近工作中遇到的一個(gè)問題，希望能夠分享給你們。
出現(xiàn)在混合SiC器件中的振蕩
隨著傳統(tǒng)Si基IGBT的局限性，SiC器件厚積薄發(fā)，但迫于其并未如硅基器件那樣的受寵多年，所以其在成本上還是有些許高，但未來必定會(huì)受寵萬千。所以目前流行的是混合器件，即Si-IGBT+SiC-SBD,滿足目前對(duì)于器件性價(jià)比的需求。
最近在一款混合SiC模塊中發(fā)現(xiàn)了一種振蕩，而這種振蕩只存在于與SiC-SBD有關(guān)聯(lián)的回路中，主要發(fā)生在二極管關(guān)斷的過程，同時(shí)其關(guān)斷時(shí)的反向恢復(fù)電流會(huì)疊加到對(duì)應(yīng)的IGBT上，所以一般會(huì)附帶IGBT的部分參數(shù)出現(xiàn)關(guān)聯(lián)振蕩。(這里就不插入波形了，你們?nèi)绻龅疥P(guān)于SiC-SBD的振蕩時(shí)可以嘗試從下面分析角度出發(fā)進(jìn)行展開)
重溫二極管的關(guān)斷過程
前面我們聊過續(xù)流二極管的反向恢復(fù)過程，今天我們?cè)僦匦聹仡櫹?，振蕩與此相關(guān)。
上圖是二極管反向恢復(fù)的電壓電流波形變化過程，我們可以將其分為5個(gè)階段：
①?gòu)膖0時(shí)二極管被加上反向電壓，電流開始以di/dt的速率下降，到t1時(shí)，電流降到0；
②從t1開始，二極管的電流由正轉(zhuǎn)負(fù)，當(dāng)?shù)絫2時(shí)，二極管pn結(jié)的過剩載流子濃度降為0，此階段結(jié)束；
③從該階段開始，二極管開始建立反向電壓，此時(shí)耗盡區(qū)通過進(jìn)一步抽取漂移區(qū)存儲(chǔ)的電荷向外擴(kuò)展，二極管兩端的電壓以dv/dt的速率增加，當(dāng)?shù)絫3時(shí)，二極管兩端的電壓達(dá)到反向電壓VDC，同時(shí)電流下降速率di/dt減小為0，反向恢復(fù)電流達(dá)到最大值Ipr；
④該階段開始，反向恢復(fù)電流從剛剛的Ipr開始以diR/dt的速率減小，而電壓仍在增加，直到t4時(shí)，二極管反向電壓達(dá)到最大值Vpr；
⑤最后一個(gè)階段。電壓開始下降，直到穩(wěn)定在VDC。
細(xì)品二極管的反向恢復(fù)過程
基于雙脈沖測(cè)試（前期驗(yàn)證器件性能的最直觀簡(jiǎn)單的接地氣方式）過程，我們結(jié)合內(nèi)外圍參數(shù)來聊聊二極管的反向恢復(fù)過程。
雙脈沖測(cè)試電路示意圖
以下敘述由于公式較多，只能在Office軟件完成，故以圖片形式展示：
從上述分析中，我們可以將雙脈沖測(cè)試電路簡(jiǎn)化為如下形式，
其中，CAK=Cj+CD，RAK為二極管的耗盡層電阻，Rs為二極管的串聯(lián)電阻。
基于上述分析，二極管從正向?qū)ㄞD(zhuǎn)為反向截止，其兩端的電壓將出現(xiàn)一個(gè)上升的電壓，我們可以看成一個(gè)階躍信號(hào)，幅值即VDC減去IGBT的導(dǎo)通壓降。這里我們將IGBT看成一個(gè)電阻可控的電阻，Rdamp為其和二極管串聯(lián)電阻的等效電阻。
二極管對(duì)上述階躍信號(hào)的傳遞函數(shù)可以寫成，
由于SiC擁有更高的臨界電場(chǎng)，這意味著SiC可以有更寬范圍的摻雜范圍以減小導(dǎo)通損耗，這將導(dǎo)致SiC二極管的耗盡層寬度較小而耗盡層電容將較大，即CAK較大，同等條件下，阻尼系數(shù)將小于Si基，所以SiC二極管將更容易產(chǎn)生輸出（電流和電壓）振蕩。
從阻尼系數(shù)，我們可以大致了解下減小振蕩加速衰減速度的措施。二極管本身的寄生參數(shù)我們基本無法更改，所以
①盡量減小雜散電感，這個(gè)好處除了相對(duì)于這點(diǎn)，其好處不用多說了；
②增加外圍的RC電路，等效于改變二極管的寄生參數(shù)；
③控制Rce，這個(gè)與IGBT有關(guān)，即增加驅(qū)動(dòng)電阻，但是這對(duì)于IGBT的開關(guān)過程來說是不客觀的，但是如果僅在二極管反向恢復(fù)的③④階段控制導(dǎo)體電阻增加，但這對(duì)于驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜度又是一個(gè)考驗(yàn)。
其實(shí)，不僅是二極管，SiC MOSFET相對(duì)來說也是易于產(chǎn)生振蕩，但總歸是離不開其本身及外部的參數(shù)，所以在應(yīng)用中盡量將能做好地做好，比如雜散，比如驅(qū)動(dòng)參數(shù)的選擇......
今天的內(nèi)容希望你們能夠喜歡，希望一切安好~~~
