Yuqori harorat sharoitida qaysi diod barqarorroq?

y, an'anaviy kremniy{0}}asosli diodlarning yuqori haroratdagi nosozlik mexanizmi
1. PN o'tish diodlarining haroratga sezgirligi
Standart silikon PN ulanish diodlari yuqori haroratlarda ikki tomonlama ishdan chiqish xavfini ko'rsatadi:

Ijobiy xarakterli degradatsiya: Haroratning har 1 daraja ko'tarilishi uchun to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish pasayishi taxminan 2 mV ga kamayadi, bu esa o'tkazuvchanlikni yo'qotishning oshishiga olib keladi. Misol uchun, 150 gradusda 1N4007 rektifikator diodining to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish pasayishi xona haroratida 0,7 V dan 0,4 V gacha kamayadi, lekin termal qo'zg'alish ta'siri tufayli o'tkazuvchanlik oqimi uch baravar ortadi va mahalliy qizib ketishga olib keladi.
Kengaytirilgan teskari tiklash vaqti: yuqori haroratlarda ozchilik tashuvchilarning ishlash muddati uzaytiriladi va teskari tiklanish vaqti (trr) xona haroratida 500 ns dan 2 m s ga uzaytiriladi, bu esa yuqori{2}}chastotali kommutatsiya ilovalarida muhim kommutatsiya yoʻqotishlariga olib keladi. Sanoat chastotasi konvertorining amaliy tadqiqoti shuni ko'rsatadiki, atrof-muhit harorati 25 darajadan 125 darajaga ko'tarilganda, an'anaviy tez tiklanadigan diodlarning kommutatsiya yo'qolishi 47% ga oshadi, buning natijasida IGBT modulining ulanish harorati standartdan oshadi.
2. Shottki diodlarining oqish oqimi inqirozi
Silikon{0}}asosidagi Schottky diodlari oldinga kuchlanishning past pasayishi (0,2-0,4V) va tez o'tish xususiyatlariga ega bo'lsa-da, ularning metall yarimo'tkazgichli birikmasi yuqori haroratlarda halokatli nuqsonlarni yuzaga keltiradi:

Teskari qochqin oqimi indeksining o'sishi: Haroratning har 10 daraja oshishi uchun qochqin oqimi ikki barobar ortadi. 175 gradusda MBR2045CT Schottky diodining qochqin oqimi 10 mA ga yetishi mumkin, bu uning nominal teskari oqimidan (5 mA @ 25 daraja) oshib ketadi. Avtomobil zaryadlovchi qurilmasining sinov ma'lumotlari shuni ko'rsatadiki, atrof-muhit harorati 125 darajaga etganida, an'anaviy silikon Schottky diodlarining qochqin oqimi tizim samaradorligini 3,2% ga pasayishiga olib keladi.
Termal qochib ketish xavfi: Oqish oqimi natijasida hosil bo'lgan joule isishi atrof-muhit harorati bilan ijobiy qayta aloqa halqasini hosil qiladi. Tajriba shuni ko'rsatdiki, 200 graduslik muhitda sovutilmagan silikon Schottky diodi 30 soniya ichida termal qochish tufayli yonib ketadi.
3. Zener diyotining kuchlanish nomutanosibligi
Zener diodlari yuqori haroratlarda ikki tomonlama qiyinchiliklarga duch keladi:

Zener kuchlanishining o'zgarishi: -2mV / daraja harorat koeffitsienti bilan 24V kuchlanish regulyatorining chiqish kuchlanishi 150 gradusda 22,8 V ga og'ishi mumkin, bu aniq zanjirlarning barqarorligiga ta'sir qiladi.
Maksimal tarqaladigan quvvatning susayishi: issiqlik qarshiligi harorat bilan ortadi va ma'lum bir 1 Vt kuchlanish regulyatori trubkasining haqiqiy tarqaladigan quvvati 125 gradusda 0,3 Vt ga tushadi, bu esa qurilmaning haddan tashqari qizishi va shikastlanishiga olib keladi.
2, Keng tarmoqli material diodining yuqori haroratli yutilishi
1. SiC Schottky diodi: yuqori harorat o'tkazuvchanligini qayta aniqlash-
Kremniy karbidli materiallar uchta asosiy xususiyatga asoslanib, yuqori haroratga{0}}barqaror ishlashga erishadi:

Keng tarmoqli oralig'i qochqin oqimini bostiradi: tarmoqli kengligi 3,2eV bo'lgan SiC ning 200 gradusdagi ichki tashuvchisi konsentratsiyasi kremniyning atigi 1/10 qismini tashkil qiladi. Eksperimental ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, C3D02060A SiC Schottky diodining 200 gradusdagi qochqin oqimi zichligi atigi 0,1 mk A / sm² ni tashkil qiladi, bu kremniy qurilmalariga qaraganda uch daraja pastroqdir.
Yuqori parchalanish maydonining kuchi o'tkazuvchanlikni pasaytiradi: buzilish maydonining kuchi kremniydan 10 barobar (3MV/sm) yupqaroq drift qatlamlaridan foydalanishga imkon beradi. 1200V SiC Schottky diodining o'tkazuvchanlik qarshiligi atigi 0,8 m Ō ni tashkil qiladi, bu silikon PIN diodadan 90% past va o'tkazuvchanlik yo'qotilishini 75% ga kamaytiradi.
Yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi bilan issiqlik tarqalishini optimallashtirish: 4,9 Vt / (sm · K) issiqlik o'tkazuvchanligi issiqlik tarqalish substratiga tez issiqlik o'tkazish imkonini beradi. Elektr avtomobil motorini boshqarish moslamasida o'tkazilgan sinovlar shuni ko'rsatdiki, SiC Schottky diodlaridan foydalanish qurilmaning ulanish haroratini 40 darajaga pasaytiradi va kremniy eritmalariga nisbatan tizim samaradorligini 2,3% ga oshiradi.
2. Strukturaviy innovatsiyalar: ozchilik tashuvchilarni saqlashni yo'q qilish
SiC Schottky diodlari metall yarimo'tkazgichli to'siq strukturasini qabul qiladi, PN birikmalarida ozchilik tashuvchisi in'ektsiya rekombinatsiyasi jarayonini butunlay yo'q qiladi va ularning teskari tiklanish zaryadi (Qrr) silikon tez tiklanadigan diodlarning atigi 1/20 qismini tashkil qiladi. 100 kHz kommutatsiya chastotasida 650 V SiC Schottky diodining kommutatsiya yo'qotilishi silikon qurilmalarga nisbatan 82% ga kamayadi, bu energiya tizimining 200 kHz dan yuqori chastotalarda ishlashiga imkon beradi va magnit komponentlarning hajmini 60% ga kamaytiradi.

3, odatiy dastur stsenariylarining ishlashini tekshirish
1. Yangi energiya vositalari sohasida
Tesla Model 3 motor boshqaruvchisi Cree C3M0075120K SiC MOSFET va mos keladigan Schottky diyotidan foydalanadi:

Kommutatsiya chastotasi 50 kHz ga oshdi, induktor hajmi 40% ga kamaydi
Tizim samaradorligi 98,5% ga etadi, bu silikon eritmasidan 1,2% yuqori
Diapazon 5-8% ga oshdi
2. Yuqori haroratli sanoat pechlarini boshqarish
Muayyan po'lat korxonasida uzluksiz quyish mashinasining quvvat tizimi ROHM SCH2080KE SiC Schottky diodini qabul qiladi. 150 daraja muhitda 20000 soat uzluksiz ishlagandan so'ng:

Oqish oqimi 0,5 m A dan pastda barqaror bo'lib qoladi
Qurilmaning ishlamay qolish darajasi 0 ga teng
Tizimga texnik xizmat ko'rsatish davri 3 oydan 2 yilgacha uzaytirildi
3. Aerokosmik energiya ta'minoti
Evropa kosmik agentligining Sentinel-6 sun'iy yo'ldoshining energiya tizimi Infineon IDH06G65C5XKSA1 SiC Schottky diodlaridan foydalanadi. Vakuumli sovuq va issiq velosiped sinovi paytida -180 darajadan +150 darajagacha:

Parametrning o'zgarishi<0.5%
100 kradgacha (Si) radiatsiya qarshiligi
Kremniy eritmasiga nisbatan og'irligi 30% ga kamaydi