碳化硅肖特基二极管在电源中的应用-电子技术方案|电路图讲解

功率因数校正（PFC）市场主要受与降低谐波失真有关的全球性规定影响。欧洲的EN61000-3-2是交直流供电市场的基本规定之一，在英国、日本和中国也存在类似的标准。EN61000-3-2规定了所有功耗超过75W的离线设备的谐波标准。由于北美没有管理PFC的规定，能源节省和空间/成本的考虑成为在消费类产品、计算机和通信领域中必须使用PFC的附加驱动因素。

主动PFC有两种通用模式：使用三角形和梯形电流波形的不连续电流模式（DCM）和连续电流模式（CCM）。DCM模式一般用于输出功率在75W到300W之间的应用；CCM模式用于输出功率大于300W的应用。当输出功率超过250W时，PFC具有成本效益，因为其它方面（比如效率）得到了补偿性的提高，因此实际上不增加额外的成本。

主动PFC是服务器系统架构（SSI）一致性的要求：供电模块应该采用带主动功率因数校正的通用电源输入，从而可以减少谐波，符合EN61000-3-2和JEIDA MITI标准。这就需要高功率密度应用能够提供较宽的输入电压范围（85~265V），从而给PFC级电路使用的半导体提出了特殊的要求。

在输入85V交流电压时，必须有最低的Rdson，因为传导热损失与输入电压的3次方成反比关系。这种MOSFET管的高频工作能够显著减少升压抑制。因此晶体管的快速开关特性是必须的。升压二极管应该具有快速开关、低Vf和低Qrr特性。为了减少MOSFET在接通时的峰值电流压力，低Qrr是必须的。如果没有这一特性，升压MOSFET将增加温度和Rdson，导致更多的功率损失，从而降低效率。在高功率密度应用中效率是取得较小体积（30W/cm3英寸）和减少无源器件尺寸的关键因素。因此高的开关频率必不可少。

为了设计效率和外形尺寸最优的CCM PFC，升压二极管还必须具备以下一些特性：较短的反向恢复和正向恢复时间；最小的储存电荷Q；低的漏电流和最低的开关损耗。过压和浪涌电流能力非常重要，它们能够用来处理PFC中由启动和交流回落引起的浪涌和过电流。这些特性只有用碳化硅肖特基二极管（SiC肖特基二极管）才能实现。

由于SiC肖特基二极管中缺少正向和反向恢复电荷，因此可以用更小的升压MOSFET.这样做除了成本得到降低外，器件温度也会降低，从而使SMPS具有更高的可靠性。

由于SiC肖特基二极管的开关行为独立于正向电流（Iload）、开关速度（di/dt）和温度，因此这种二极管在设计中很容易使用。在设计中采用SiC肖特基二极管能够实现最大的开关工作频率（最高可达1MHz），从而可以使用更小体积的无源器件。

最低的开关损耗和低的Vf能使用更小的散热器或风扇。另外，由于具有正的温度系数，SiC肖特基二极管能够非常方便地并行放置。

thinQ！2G向理想的高电压二极管迈进

新一代IFX SiC肖特基二极管（thinQ！2G）融合了普通SiC肖特基二极管和双极pn结构，从而具有非常高的浪涌电流承受能力和稳定的过压特性。

图1对SiC肖特基二极管结构与合并后的pn肖特基二极管概念进行比较。p区域针对发射极效率和电导率作了优化，因此在正向电压超过4V时能用作浪涌电流的旁路通道。

 

图1：（a）传统SiC肖特基二极管的截面图；（b）具有合并p掺杂岛的thinQ！2G SiC二极管

改进的浪涌电流能力

thinQ！2G提供改进的浪涌电流功能，允许针对应用中的平均电流条件进行设计，也就是说，大多数的启动和AC回落引起的浪涌和过流能很好地获得处理。图2表明，在正常工作状态，thinQ！2G的行为与具有零反向恢复电荷的普通肖特基二极管没什么两样，在大电流状态其正向特性如同双极pn二极管一样，能够显著减少功率损耗。

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