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現(xiàn)代尖端電力電子設(shè)備性能升級(jí)需要提升系統(tǒng)功率密度、使用更高的主開(kāi)關(guān)頻率。而現(xiàn)有硅基IGBT配合硅基FRD性能已無(wú)法完全滿足要求，需要高性能與性價(jià)比兼具的主開(kāi)關(guān)器件。為此，基本半導(dǎo)體推出的混合碳化硅分立器件（Hybrid SiC Discrete Devices）將新型場(chǎng)截止IGBT技術(shù)和碳化硅肖特基二極管技術(shù)相結(jié)合，為硬開(kāi)關(guān)拓?fù)浯蛟炝艘粋€(gè)兼顧品質(zhì)和性價(jià)比的完美方案。
高效逆變器用 HERIC 電路和相關(guān)工藝可用于單相逆變器，該拓?fù)涫窃贖橋的橋臂兩端加上兩個(gè)反向的開(kāi)關(guān)管進(jìn)行續(xù)流，以達(dá)到續(xù)流階段電網(wǎng)與光伏電池隔離的目的,尤其是在低功率范圍內(nèi)（如屋頂光伏系統(tǒng)），其基于傳統(tǒng)H4電路上在交流側(cè)加入旁路功能的第五、六開(kāi)關(guān)。其有效隔離了零電平時(shí)候交流濾波電感L與寄生電容C之間的無(wú)功交換，提升系統(tǒng)效率，且降低寄生電容上的電壓高頻分量，消除漏電流,通過(guò)利用BASiC基本半導(dǎo)體SiC碳化硅器件的開(kāi)關(guān)損耗低特性，單相HERIC電路中，用單一器件BASiC基本半導(dǎo)體650V混合SiC-IGBT單管可以有效降低高頻管的損耗，顯著降低器件的工作結(jié)溫，提升系統(tǒng)效率,BASiC基本半導(dǎo)體650V混合SiC-IGBT單管繼承了經(jīng)典的TO247封裝，客戶可以在不變更PCB和電路情況下，對(duì)老的產(chǎn)品進(jìn)行直接替換，從而在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到系統(tǒng)效率的提升和增加開(kāi)關(guān)頻率的目的。同時(shí)，由于器件帶來(lái)系統(tǒng)損耗減少的優(yōu)勢(shì)，可以降低散熱設(shè)計(jì)要求和成本；開(kāi)關(guān)頻率提升可以有效降低并網(wǎng)電感的尺寸和大小，減少電流諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。HERIC電路設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)99％超高轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)將EMI保持在較低的水平。除了具有更高的能量輸出的優(yōu)點(diǎn)外，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還降低了部件的熱應(yīng)力，因而散熱器可以設(shè)計(jì)得更小，使用壽命卻更長(zhǎng)。行業(yè)普遍認(rèn)為到目前為止，這是戶用光伏逆變器儲(chǔ)能變流器PCS設(shè)備中較好的設(shè)計(jì)。
該器件將傳統(tǒng)的硅基IGBT和碳化硅肖特基二極管合封，在部分應(yīng)用中可以替代傳統(tǒng)的IGBT （硅基IGBT與硅基快恢復(fù)二極管合封），使得IGBT的開(kāi)關(guān)損耗大幅降低。這款混合碳化硅分立器件的性能介于超結(jié)MOSFET和高性能的碳化硅 MOSFET之間，在某些場(chǎng)合性價(jià)比更優(yōu)于超結(jié)MOSFET和碳化硅MOSFET，可幫助客戶在性能和成本之間取得更好的平衡，具有重要的應(yīng)用價(jià)值，特別適用于對(duì)功率密度提升有需求，同時(shí)更強(qiáng)調(diào)性價(jià)比的電源應(yīng)用領(lǐng)域，如車(chē)載電源充電機(jī)（OBC）、通信電源、高頻DC-DC電源轉(zhuǎn)換器、UPS等。
PFC技術(shù)趨勢(shì)
在電源研發(fā)領(lǐng)域，尤其是在汽車(chē)OBC和通信電源應(yīng)用領(lǐng)域，由于PFC拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)可直接影響到電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)效率的高低，使得這一關(guān)鍵因素在近年來(lái)變得愈發(fā)重要。為進(jìn)一步提高電源的工作效率，科研人員和工程師們已經(jīng)研究出多種不同的PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如傳統(tǒng)的PFC拓?fù)?、普通無(wú)橋PFC、雙升壓無(wú)橋PFC，圖騰柱無(wú)橋PFC等，并已成功大范圍應(yīng)用在設(shè)計(jì)過(guò)程中。
對(duì)比上述四種常見(jiàn)的PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，圖騰柱無(wú)橋PFC拓?fù)涞钠骷昧績(jī)H為6，同時(shí)還具有導(dǎo)通損耗最低、效率最高等優(yōu)點(diǎn)，因此在車(chē)載OBC及通信電源等高效應(yīng)用方面已有量產(chǎn)項(xiàng)目采用圖騰柱無(wú)橋PFC取代傳統(tǒng)的PFC或交錯(cuò)并聯(lián)PFC。
因此本文除闡述圖騰柱無(wú)橋PFC的優(yōu)勢(shì)和工作原理之外，將重點(diǎn)介紹圖騰柱無(wú)橋PFC的功率半導(dǎo)體器件選型，并給出性能和成本平衡的混合碳化硅分立器件解決方案。
碳化硅肖特基二極管對(duì)IGBT的損耗和二極管反向恢復(fù)損耗的影響非常大。使用碳化硅肖特基二極管后，可以顯著降低IGBT的開(kāi)通損耗和總損耗，基本半導(dǎo)體碳化硅混合分立器件的開(kāi)通損耗相對(duì)于Si IGBT降低55%，總損耗降低33%。
另外，混合碳化硅分立器件的反并聯(lián)二極管由于其碳化硅肖特基二極管特性，基本上不存在反向恢復(fù)電流和反向恢復(fù)損耗。相對(duì)傳統(tǒng)IGBT方案，在高頻和效率提升上，混合碳化硅分立器件的技術(shù)優(yōu)勢(shì)更加明顯。
傳統(tǒng)IGBT及混合碳化硅分立器件反并聯(lián)二極管的特性參數(shù)對(duì)比
混合碳化硅分立器件的反向恢復(fù)時(shí)間Trr，反向恢復(fù)電流Irr和反向恢復(fù)損耗Err明顯降低。
基本半導(dǎo)體主要推出了650V 50A和650V 75A的混合碳化硅分立器件，并同時(shí)推出了TO-247-3和TO-247-4封裝（如上圖），使得客戶在不需要更改電源電路和PCB的基礎(chǔ)上，直接進(jìn)行Pin To Pin替換驗(yàn)證測(cè)試及使用，在同樣的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，客戶可以在最短時(shí)間內(nèi)提升整機(jī)效率，降低散熱器設(shè)計(jì)要求和成本?？蛻粢部梢蕴岣咧鏖_(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率，選擇體積更小的電感進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此減少電流諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。
BASiC基本半導(dǎo)體650V/1200V Hybrid IGBT 單管IGBT TO274-3和TO247-4 具備高速I(mǎi)GBT技術(shù)和碳化硅肖特基二極管的主要優(yōu)點(diǎn)，具備出色的開(kāi)關(guān)速度和更低的開(kāi)關(guān)損耗，TO-247 4 引腳封裝具有一個(gè)額外的開(kāi)爾文發(fā)射極連接。此 4 引腳也被稱為開(kāi)爾文發(fā)射極端子，繞過(guò)柵極控制回路上的發(fā)射極引線電感，從而提高 IGBT或者碳化硅MOSFET 的開(kāi)關(guān)速度并降低開(kāi)關(guān)能量。英飛凌單管IGBT國(guó)產(chǎn)代替主要規(guī)格有BGH50N65HF1（IKW50N65RH5國(guó)產(chǎn)替代，AIKW50N65RF5國(guó)產(chǎn)替代，IKW50N65ES5國(guó)產(chǎn)替代，IKW50N65ET7國(guó)產(chǎn)替代），BGH50N65HS1典型應(yīng)用戶用光伏儲(chǔ)能機(jī)雙向Buck-Boost電路，單相光伏逆變器Heric電路 (IKW50N65SS5國(guó)產(chǎn)替代),BGH50N65ZF1（IKZA50N65RH5，IKZA50N65SS5國(guó)產(chǎn)替代），BGH75N65HF1（IKW75N65RH5國(guó)產(chǎn)替代，IKW75N65ES5國(guó)產(chǎn)替代，IKW75N65ET7國(guó)產(chǎn)替代），BGH75N65HS1典型應(yīng)用戶用光伏儲(chǔ)能機(jī)雙向Buck-Boost電路，單相光伏逆變器Heric電路 (IKW75N65SS5國(guó)產(chǎn)替代),BGH75N65ZF1（IKZA75N65RH5，IKZA75N65SS5國(guó)產(chǎn)替代），BGH40N120HF典型應(yīng)用光伏三相儲(chǔ)能機(jī)雙向Buck-Boost電路，T型三電平橫管（IKW40N120H3，IKW40N120CS6，IKW40N120CS7國(guó)產(chǎn)替代）,BGH75N120HS 典型應(yīng)用光伏三相儲(chǔ)能機(jī)雙向Buck-Boost電路，T型三電平橫管 (IKQ75N120CH3國(guó)產(chǎn)替代，IKQ75N120CS6國(guó)產(chǎn)替代，)特別適用于 DC-DC 功率變換器和PFC電路。其常見(jiàn)應(yīng)用包括：戶用光伏逆變器650V混合SiC IGBT單管，戶用光伏逆變器，組串光伏逆變器，戶用儲(chǔ)能逆變器，雙向變流器，雙向逆變器，車(chē)載充電機(jī)（OBC）、ESS儲(chǔ)能系統(tǒng)、PV inverter光伏逆變器、UPS不間斷電源系統(tǒng) (UPS)，以及服務(wù)器和電信用開(kāi)關(guān)電源 (SMPS) ，基本半導(dǎo)體混合碳化硅分立器件將新型場(chǎng)截止IGBT技術(shù)和碳化硅肖特基二極管技術(shù)相結(jié)合，為硬開(kāi)關(guān)拓?fù)浯蛟炝艘粋€(gè)兼顧品質(zhì)和性價(jià)比的方案。該器件將傳統(tǒng)的硅基IGBT和碳化硅肖特基二極管合封，在部分應(yīng)用中可以替代傳統(tǒng)的IGBT （硅基IGBT與硅基快恢復(fù)二極管合封），使IGBT的開(kāi)關(guān)損耗大幅降低，適用于車(chē)載電源充電機(jī)（OBC）、通信電源、高頻DC-DC電源轉(zhuǎn)換器、儲(chǔ)能等領(lǐng)域。
BASiC基本半導(dǎo)體混合IGBT Hybrid Discrete搭載了為高頻開(kāi)關(guān)優(yōu)化的IGBT晶圓以及650VBASiC基本SiC二極管，基本SiC二極管極小Qrr，有效降低對(duì)管IGBT開(kāi)通損耗，且自身反向恢復(fù)損耗Erec也明顯降低，IGBT開(kāi)通損耗隨溫度的影響很小，降低EMI，廣泛應(yīng)用于OBC車(chē)載充電器，光伏儲(chǔ)能逆變器，充電樁電源模塊，移動(dòng)儲(chǔ)能逆變器功率因數(shù)校正（PFC）、DC-DC（直流-直流）和DC-AC（直流-交流）等。
BASiC基本半導(dǎo)體碳化硅MOSFET B1M160120HC，B1M080120HC，B1M080120HK，B1M032120HC，B1M032120HK具備開(kāi)關(guān)中的小柵極電荷和器件電容、反并聯(lián)二極管無(wú)反向恢復(fù)損耗、與溫度無(wú)關(guān)的低開(kāi)關(guān)損耗，以及無(wú)閾值通態(tài)特性等。非常適合硬開(kāi)關(guān)和諧振開(kāi)關(guān)拓?fù)?，如LLC和ZVS，廣泛應(yīng)用于OBC車(chē)載充電器，光伏儲(chǔ)能逆變器，充電樁電源模塊等，可以像IGBT或MOSFET一樣使用易于使用的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由于能在高開(kāi)關(guān)頻率下帶來(lái)高效率，從而可以減小系統(tǒng)尺寸、增大功率密度，并確保高可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。
光伏逆變器升壓SiC碳化硅二極管B2D10120H1,B2D20120HC1,B2D20120H1,B2D30120HC1,B2D30120H1,B2D40120H1,B2D20065HC1,B2D20065H1,B2D30065H,B2D40065H，B2D02120E1,光伏逆變器SiC MOSFET，IGBT Hybrid Discrete，混合三電平SiC-IGBT模塊，IGBT單管，混合IGBT單管，SiC MOSFET,SiC Power MOSFET,SiC MOSFET模塊，SOT-227碳化硅肖特基二極管模塊，混合SiC-IGBT模塊，BASiC基本混合混合SiC-IGBT單管，分立碳化硅MOSFET，TO263-7碳化硅MOSFET，碳化硅（SiC）MOSFET，儲(chǔ)能逆變器SiC MOSFET，光伏逆變器SiC MOSFET，三電平IGBT模塊，光儲(chǔ)一體機(jī)混合IGBT器件
BASiC基本半導(dǎo)體第三代碳化硅肖特基二極管在沿用6英寸晶圓工藝基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了更高的電流密度、更小的元胞尺寸、更低的正向?qū)▔航?。BASiC基本半導(dǎo)體第三代碳化硅肖特基二極管繼承了一代和二代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采用JBS結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了N-外延層的摻雜濃度，減薄N+襯底層，使得二極管具有更低的正向?qū)▔航礦F和結(jié)電荷QC，可以降低應(yīng)用端的導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗。
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