功率半导体的正负温度系数
考虑到整机的成本因素,许多功率变换器使用了半导体并联方案。并联的均流问题一直是一个技术热点,目前新型半导体器件也越来越多,除了软件的控制外,硬件上什么类型的半导体适合并联?哪些不适合并联也值得讨论下。
中间过程只是个记录,可以直接看结论。
正负温度系数
功率半导体的管压降随着温度的不同会呈现不同的特性。管压降的变化与温度变化成正比,为正温度系数。也即温度升高 – >管压降增大;温度降低 -> 管压降减小。反之为负温度系数。
正温度系统的半导体,两个或多个并联时,当其中一个电流应力偏大,则会导致器件温度升高,从而导致管压降升高;由于器件是并联的,管压降高的器件会分的更少的电流,从而导致温度降低,形成负反馈,达到动态均流。
而负温度系数的半导体则会形成正反馈。
功率半导体
常见的功率半导体:
Si IGBT
Si MOS
SiC MOS
Si rectify
SiC schottky
Si IGBT
以英飞凌 FF450R12ME4 IGBT模块为例,如下图。
在相同电流的情况下,温度升高Vce增大,为正温度系统器件。
Si Mos
以英飞凌IPB60R099CPA 为例,如下图。
以Vgs=20V这条线,
25°时,Id=50A,Vds大约有6V;
150°时,Id=50A,Vds大约有15V;
温度升高,管压降增大,为正温度系统
SiC Mos
下图分别是CREE的C3D10060A 和 Rohm的SCT3022KLHR
150°的管压降都比25°大,都为正温度系数
Si Rectify
以西门康SKD146系列整流桥为例,
25°的Vf比150°大,属于负温度系数。
Si schottky
下图是ON的NTSB40200CTG,温度越低,Vf越大,为负温度系数。
SiC schottky
下图是Rohm的SCS220KGHR SiC肖特基二极管,为正温度系数。
总结
1,从以上可以看出,IGBT,MOS(硅,碳化硅),都属于正温度器件。而普通的硅二极管属于负温度系数器件,但是碳化硅肖特基二极管属于正温度系数。
2,IGBT已经发展了很多代,有些参杂方式的IGBT属于负温度系统,只是这个短文没讨论。遇到任何器件都一定要仔细看规格书。
3,碳化硅肖特基二级挂为正温度系数,适合并联使用,这个跟传统的硅器件不一样,使用时要注意。