Có 8 lý do tại sao điốt silicon carbide tốt hơn điốt silicon

1--Ở cùng điện áp định mức, điốt SiC chiếm ít không gian hơn Si

Cường độ trường đánh thủng điện môi của SiC cao hơn khoảng 10 lần so với các thiết bị dựa trên silicon và ở điện áp ngưỡng nhất định, lớp trôi dạt của SiC mỏng hơn và nồng độ pha tạp cao hơn so với các thiết bị dựa trên silicon, vì vậy điện trở suất của SiC thấp hơn và độ dẫn điện tốt hơn.Điều này có nghĩa là, ở cùng một điện áp định mức, chip SiC nhỏ hơn so với chip silicon tương đương của nó.Một lợi ích bổ sung của việc sử dụng chip nhỏ hơn là điện dung vốn có và điện tích liên quan của thiết bị thấp hơn đối với dòng điện và điện áp định mức nhất định.Kết hợp với tốc độ bão hòa điện tử cao hơn của SiC, điều này cho phép tốc độ chuyển đổi nhanh hơn và tổn thất thấp hơn so với các thiết bị dựa trên Si.

2--iC điốt có hiệu suất tản nhiệt tốt hơn

Độ dẫn nhiệt của SiC gần gấp 3,5 lần so với các thiết bị dựa trên Si, do đó, nó tiêu tốn nhiều năng lượng (nhiệt) hơn trên một đơn vị diện tích.Mặc dù bao bì có thể là một yếu tố hạn chế trong quá trình hoạt động liên tục, nhưng SiC mang lại lợi thế biên lớn và giúp thiết kế các ứng dụng dễ bị ảnh hưởng bởi các sự kiện nhiệt thoáng qua.Ngoài ra, khả năng chịu nhiệt độ cao có nghĩa là điốt SiC có độ bền và độ tin cậy cao hơn mà không có nguy cơ thoát nhiệt.

3--Điốt SiC đơn cực không có điện tích tích trữ làm chậm và giảm hiệu suất

Điốt SiC là thiết bị bán dẫn Schott đơn cực, trong đó chỉ phần lớn hạt mang điện (electron) có thể mang dòng điện.Điều này có nghĩa là khi đi-ốt được phân cực thuận, lớp tiếp giáp cạn kiệt hầu như không tích điện.Ngược lại, điốt silicon tiếp giáp PN là điốt lưỡng cực và lưu trữ các điện tích phải được loại bỏ trong quá trình phân cực ngược.Điều này dẫn đến sự tăng đột biến dòng điện ngược, do đó, đi-ốt (và bất kỳ bóng bán dẫn và bộ đệm chuyển mạch nào có liên quan) có tổn thất điện năng cao hơn, trong khi tổn thất điện năng tăng theo tần số chuyển mạch.Điốt SiC tạo ra các xung dòng điện ngược ở phân cực ngược do sự phóng điện dung vốn có của chúng, nhưng các cực đại của chúng vẫn thấp hơn một bậc so với điốt tiếp giáp PN, có nghĩa là mức tiêu thụ điện năng thấp hơn cho cả điốt và bóng bán dẫn chuyển mạch tương ứng.

4--Sự sụt giảm điện áp thuận và dòng rò ngược của điốt SiC phù hợp với Si

Mức giảm điện áp chuyển tiếp tối đa của điốt SiC tương đương với mức giảm của điốt Si cực nhanh và vẫn đang được cải thiện (có một sự khác biệt nhỏ ở định mức điện áp ngưỡng cao hơn).Mặc dù là đi-ốt loại Schottky, nhưng dòng rò ngược và kết quả là mức tiêu thụ điện năng của đi-ốt SiC điện áp cao tương đối thấp ở độ phân cực ngược, tương tự như đi-ốt Si siêu mịn ở cùng mức điện áp và dòng điện.Do đi-ốt SiC không có hiệu ứng phục hồi điện tích ngược nên bất kỳ chênh lệch công suất nhỏ nào giữa đi-ốt SiC và đi-ốt Si siêu mịn do sụt áp thuận và thay đổi dòng rò ngược đều được bù đắp nhiều hơn bằng việc giảm tổn thất động SiC.

5--Dòng phục hồi đi-ốt SiC tương đối ổn định trong phạm vi nhiệt độ hoạt động, có thể giảm mức tiêu thụ điện năng

Dòng điện phục hồi và thời gian phục hồi của điốt silicon thay đổi rất nhiều theo nhiệt độ, điều này làm tăng độ khó tối ưu hóa mạch, nhưng sự thay đổi này không tồn tại ở điốt SiC.Trong một số mạch, chẳng hạn như giai đoạn hiệu chỉnh hệ số công suất "công tắc cứng", một đi-ốt silicon hoạt động như một bộ chỉnh lưu tăng cường có thể kiểm soát tổn thất từ ​​phân cực thuận ở dòng điện cao sang phân cực ngược của đầu vào AC một pha thông thường (thường là khoảng điện áp bus 400V D).Các đặc điểm của điốt SiC có thể cải thiện đáng kể hiệu quả của các ứng dụng như vậy và đơn giản hóa các cân nhắc thiết kế cho các nhà thiết kế phần cứng.

6--Điốt SiC có thể được kết nối song song mà không có nguy cơ thoát nhiệt

Điốt SiC cũng có lợi thế so với điốt Si ở chỗ chúng có thể được kết nối song song vì điện áp giảm phía trước của chúng có hệ số nhiệt độ dương (trong vùng liên quan đến ứng dụng của đường cong IV), giúp điều chỉnh tất cả các dòng điện không đều.Ngược lại, khi các thiết bị được kết nối song song, hệ số nhiệt độ âm của điốt SiP-N có thể dẫn đến sự thoát nhiệt, yêu cầu sử dụng các mạch hoạt động bổ sung hoặc giảm đáng kể để buộc thiết bị đạt được sự cân bằng dòng điện.

7--Khả năng tương thích điện từ (EMI) của điốt SiC tốt hơn so với Si

Một ưu điểm khác của tính năng chuyển mạch mềm đi-ốt SiC là nó có thể giảm đáng kể EMI.Khi điốt Si được sử dụng làm bộ chỉnh lưu chuyển mạch, dòng điện phục hồi ngược có khả năng tăng đột biến nhanh (và phổ rộng của chúng) có thể dẫn đến sự dẫn điện và phát bức xạ.Những phát xạ này tạo ra nhiễu hệ thống (thông qua các đường ghép nối khác nhau) có thể vượt quá giới hạn EMI của hệ thống.Ở những tần số này, việc lọc có thể phức tạp do sự ghép nối giả này.Ngoài ra, các bộ lọc EMI được thiết kế để làm giảm tần số chuyển mạch cơ bản và tần số sóng hài thấp (thường dưới 1MHz) thường có điện dung vốn có tương đối cao, làm giảm tác dụng lọc của chúng ở tần số cao hơn.Bộ đệm có thể được sử dụng trong điốt Si phục hồi nhanh để hạn chế tốc độ biên và triệt tiêu dao động, do đó giảm căng thẳng cho các thiết bị khác và giảm EMI.Tuy nhiên, bộ đệm tiêu tốn rất nhiều năng lượng, làm giảm hiệu quả của hệ thống.

8--Mất công suất phục hồi chuyển tiếp của điốt SiC thấp hơn so với Si

Trong điốt Si, nguồn tổn thất điện năng phục hồi thuận thường bị bỏ qua.Trong quá trình chuyển đổi trạng thái bật từ trạng thái tắt, điện áp đi-ốt giảm tạm thời tăng lên, dẫn đến hiện tượng vọt lố, rung chuông và tổn thất bổ sung liên quan đến độ dẫn của mối nối PN ban đầu thấp hơn.Tuy nhiên, điốt SiC không có hiệu ứng này, vì vậy không cần phải lo lắng về tổn thất thu hồi chuyển tiếp.