本公司供應(yīng)安森美OnsemiMBRP500100CT快恢復(fù)二極管質(zhì)量保證，洽談。

大功率肖特基模塊在高頻電鍍電源的應(yīng)用 

關(guān)鍵詞：大功率肖特基  高頻電源 電鍍電源

快恢復(fù)二極管：

MBRP600100CT   600A  100V

MBRP500100CT  500A  100V

MBRP400100CT   400A   100V

MBRP300100CT   300A   100V

MBRP300200CT  300A   200V

MBRP400200CT   400A   200V

肖特基二極管：

MBR300100CT  300A  100V

MBR400100CT  400A  100V

MBRP500100CT   500A   100V

MBRP600100CT   600A   100V

摘要：本文述說(shuō)了國(guó)產(chǎn)大功率肖特基模塊zui近的進(jìn)展、應(yīng)用于高頻電鍍電源的前景和應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)注意的諸多問(wèn)題以及解決問(wèn)題的方法。

近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)大功率肖特基模塊已經(jīng)做到額定電流600A（每管300A），反向電壓250V的水平。其中600A/50-200V的大功率蕭特基模塊已經(jīng)量產(chǎn)，其主要指標(biāo)已經(jīng)優(yōu)于進(jìn)口同類(lèi)產(chǎn)品，而價(jià)格卻比進(jìn)口同類(lèi)產(chǎn)品低三分之一。

由于大功率蕭特基模塊的正向壓降比大功率硅快恢復(fù)模塊要低許多，故前者比后者在以低輸出電壓為特點(diǎn)的高頻電鍍電源來(lái)說(shuō)，它的功率消耗會(huì)大幅度減少。（按較好水平來(lái)對(duì)比兩者的額定電流時(shí)的正向壓降，大功率蕭特基模塊約0.75V，而大功率硅快恢復(fù)模塊要達(dá)0.96V）。很明顯快恢復(fù)模塊要比蕭特基模塊多消耗28%的電能，這在輸出負(fù)載電壓6-8V的電鍍電源來(lái)說(shuō)，就這一點(diǎn)效率就能提高3-5%之多，這僅僅是其一。

其二，快恢復(fù)模塊在高頻開(kāi)關(guān)時(shí)半導(dǎo)體P-N結(jié)存在恢復(fù)時(shí)間，且結(jié)溫越高恢復(fù)時(shí)間越大，工作電流越大恢復(fù)時(shí)間也越大。在恢復(fù)時(shí)間內(nèi)，模塊流過(guò)的電流還未降下來(lái)以前又同時(shí)加上反向電壓，因此此時(shí)功耗很大。這就限制了快恢復(fù)模塊在更高頻率的應(yīng)用。雖然可以對(duì)流過(guò)的電流稍加移相來(lái)減少恢復(fù)時(shí)間內(nèi)的電壓電流交疊來(lái)減低開(kāi)關(guān)功耗，但僅能改善而本質(zhì)不變。要求快恢復(fù)模塊的恢復(fù)時(shí)間更短也是不切合實(shí)際的，恢復(fù)時(shí)間越短其正向壓降越大，結(jié)果還是功耗增大。似乎，路走到頭了。

相比之下，蕭特基模塊是屬于多數(shù)載流子器件，它本質(zhì)上在高頻開(kāi)關(guān)時(shí)半導(dǎo)體-金屬結(jié)不存在恢復(fù)時(shí)間，因此它可用于很高的頻率。*，高頻電鍍電源使用更高頻率以后可以進(jìn)一步降低成本、減少體積，提高用電效率，使產(chǎn)品提高了競(jìng)爭(zhēng)力。因此迎來(lái)了柳暗花明。

由于大功率蕭特基模塊的正向壓降的離散性比快恢復(fù)模塊要少，它的應(yīng)用還減低了正向壓降匹配的工作量。

實(shí)踐證明，高頻電鍍電源使用大功率蕭特基模塊后（其它條件不變），其模塊表面溫升可減低14-22度。電源效率提高8%以上。

目前高頻電鍍電源的輸出電流基本上在幾千安到十萬(wàn)安，因而使用了大量的大功率模塊并聯(lián)，因此，要解決以下的實(shí)際問(wèn)題：

A：同一高頻電鍍電源使用的模塊，其正向壓降的離散性要嚴(yán)格控制。實(shí)踐證明，600A的雙管模塊在每管通過(guò)300A時(shí)其動(dòng)態(tài)內(nèi)阻約0.4毫歐上下，也就是說(shuō)，正向壓降相差20毫伏就會(huì)使通過(guò)的電流相差50A之多，其消耗的功率亦相差很多。為了高頻電鍍電源的產(chǎn)品質(zhì)量和兼顧成本，將正向壓降分組到相差15毫伏以?xún)?nèi)是明智的選擇。為了取得測(cè)試的重復(fù)性，不但測(cè)試儀器性能要好，還要求測(cè)試環(huán)境恒溫，因?yàn)闇囟让孔兓?/span>1度就會(huì)導(dǎo)致正向電壓變1.5-2毫伏。

測(cè)試儀器的性能除測(cè)試的重復(fù)性外，測(cè)試脈沖寬度也極為重要，有的廠(chǎng)家測(cè)試脈沖寬度達(dá)10ms，一邊測(cè)試一邊在升溫，就不能保持測(cè)試的重復(fù)性。

B：雙管模塊在兩臂正向壓降相差較大時(shí)還有更為嚴(yán)重的后果；現(xiàn)在的高頻電鍍電源的功率越來(lái)越大，磁芯已經(jīng)基本上使用了非晶芯，但非晶芯很容易因?yàn)榇渭?jí)兩側(cè)輸出電流的不平衡而偏磁，導(dǎo)致磁場(chǎng)飽和，這一來(lái)初級(jí)的IGBT模塊極易擊穿燒毀。為了IGBT模塊的安全，就要求兩臂正向電壓差要小。

要大批量使用大功率蕭特基模塊，不但要測(cè)試正向電壓且分組使用，還應(yīng)考察供貨方對(duì)封裝在同一管內(nèi)的芯片的正向壓降的平衡性，現(xiàn)時(shí)大功率蕭特基模塊基本上是2-4個(gè)管芯并聯(lián)成一管，如哪一個(gè)管芯正向壓降z(mì)ui低，就流過(guò)zui多的電流，為整機(jī)的損壞打了埋伏。

前面提到了動(dòng)態(tài)內(nèi)阻；在測(cè)試正向壓降時(shí)，要順便測(cè)試一下動(dòng)態(tài)內(nèi)阻，將動(dòng)態(tài)內(nèi)阻過(guò)大的模塊剔除。因?yàn)閯?dòng)態(tài)內(nèi)阻過(guò)大往往是管芯表面硅-金屬歐姆接觸不良，這類(lèi)模塊壽命很短。另外，動(dòng)態(tài)內(nèi)阻小后，抗正向浪涌能力也大。

降額使用：在動(dòng)態(tài)內(nèi)阻、正向壓降配合不是很好時(shí)，只能將模塊電流降額使用，一般降額到60%。當(dāng)動(dòng)態(tài)內(nèi)阻、正向壓降配合較好時(shí)，降額到80%即可。所以動(dòng)態(tài)內(nèi)阻、正向壓降配合較好可以節(jié)省整機(jī)成本。

反向電壓：選模塊反向電壓為變壓器次級(jí)峰壓的3-4倍已經(jīng)足夠，如選得太高其正向壓降也高，容易發(fā)熱，價(jià)格也高。反而得不償失。

C：在zui高使用結(jié)溫下加正弦半波的反向電壓到額定值，剔除波形曲線(xiàn)弧形上翹過(guò)大和波形曲線(xiàn)破碎者。因?yàn)椴ㄐ吻€(xiàn)破碎者是有裂片或反向異常，曲線(xiàn)弧形上翹過(guò)大代表即將擊穿。

D：大功率蕭特基模塊由于自身開(kāi)關(guān)特性好，開(kāi)關(guān)過(guò)程中易產(chǎn)生高頻振蕩。產(chǎn)生的高頻振蕩附加在輸出電壓中，會(huì)使模塊自身耐電壓余量降低，還干擾周?chē)木€(xiàn)路而觸發(fā)誤動(dòng)作等一系列事故。解決問(wèn)題的方法是將合適容量的高頻無(wú)感電容就近焊接在大功率蕭特基模塊上，引線(xiàn)越短越好。

E：大功率蕭特基模塊的散熱要求亦很高，因?yàn)楣苄镜木薮蟀l(fā)熱要容易地傳導(dǎo)到散熱器上。所以從管芯-內(nèi)鉬片-模塊銅底座-散熱片-環(huán)境（空氣或冷卻水）的穩(wěn)態(tài)熱阻的降低都很重要。其中模塊銅底座-散熱片-環(huán)境（空氣或冷卻水）的穩(wěn)態(tài)熱阻靠整機(jī)廠(chǎng)和用戶(hù)來(lái)解決。模塊銅底座-散熱片間盡量不用絕緣片，還須涂抹盡量薄的含導(dǎo)熱微粉的涂料。散熱片和環(huán)境（空氣或冷卻水）的接觸面應(yīng)盡量大，散熱片材料應(yīng)當(dāng)是為導(dǎo)熱特別設(shè)計(jì)的，具有高導(dǎo)熱的能力。

對(duì)于管芯-內(nèi)鉬片-模塊銅底座的熱阻是靠模塊的生產(chǎn)廠(chǎng)家解決的。因而要大批量使用大功率蕭特基模塊，還需考察模塊的生產(chǎn)廠(chǎng)家的工藝；要求管芯-內(nèi)鉬片和內(nèi)鉬片-模塊銅底座的焊錫材料盡量薄，以減低穩(wěn)態(tài)熱阻。有自動(dòng)焊接條件的生產(chǎn)廠(chǎng)家，模塊的穩(wěn)態(tài)熱阻更能保證低而且*。另外；含銀的焊錫材料其穩(wěn)態(tài)熱阻可進(jìn)一步降低。

有條件時(shí)，應(yīng)該將模塊樣品送專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)檢測(cè)一下穩(wěn)態(tài)熱阻。

近十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外均開(kāi)發(fā)了銅-陶瓷-銅復(fù)合材料來(lái)代替內(nèi)鉬片和銅底座，它的突出優(yōu)點(diǎn)是膨漲系數(shù)接近硅，因而可省去內(nèi)鉬片。由于材料很薄，其穩(wěn)態(tài)熱阻又比銅底座低，還減少了一層焊接層熱阻，因此總熱阻更低。該復(fù)合材料在大功率模塊中的應(yīng)用因而很有前途。

F：正因?yàn)楦哳l電鍍電源使用了大量整流模塊，其輸入端線(xiàn)路較長(zhǎng)且線(xiàn)路含*的高頻電流，要大力減少線(xiàn)路電感和導(dǎo)線(xiàn)的趨膚效應(yīng)。

減少線(xiàn)路電感的辦法為；

1; 用寬而扁的載流條，以減少線(xiàn)路電感。

2; 來(lái)往載流條盡量靠近以zui大限度的抵消線(xiàn)路電感。

3; 多路并聯(lián)以減少每路的線(xiàn)路長(zhǎng)度。

減少趨膚效應(yīng)的辦法為；多條薄的載流條疊合，以增大表面積。這在頻率

達(dá)40KC以上時(shí)較為突出。

G：由于蕭特基模塊的抗正向浪涌能力弱于快恢復(fù)模塊，因而電源線(xiàn)路對(duì)輸出短路的保護(hù)反應(yīng)要求更快。這可在保護(hù)線(xiàn)路中解決。

綜上所述，近年國(guó)內(nèi)大功率蕭特基模塊的發(fā)展給高頻電鍍電源水平的進(jìn)一步提高奠定了很好的基礎(chǔ)，它促使電鍍電源向高頻化、輕量化、低成本、高效率更上一層樓。為環(huán)境節(jié)能、低碳排放作出了有益的貢獻(xiàn)。