功率半导体的正负温度系数

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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。

在这里插入图片描述



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

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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

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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。

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Si schottky

下图是ON的NTSB40200CTG,温度越低,Vf越大,为负温度系数。

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SiC schottky

下图是Rohm的SCS220KGHR SiC肖特基二极管,为正温度系数。

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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。



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