향상된 회로 성능을위한 기타 반도체 장치와 Power Diodes 통합

- 연혁

반도체 장비의 완벽한 통합에 현대의 전력 전자는 고능률, 신뢰성 및 조밀함을 달성하기 위하여. 힘 다이오드, 가장 간단한 단향성 스위치는, 사이리스터, 문 운전사와 결합되고 전압 스파이크, 스테퍼 현재 및 상태 파형을 관리하는 문 운전사와 결합됩니다. 제대로 통합될 때, 이 다이오드는 단순히 보호하지 않습니다; 그들은 전환을 개량하고, 손실 감소시키고, 더 높은 빈도 가동을 가능하게 하고. 이 기사는 기본적인 이점을 탐구하고, 반도체 장비에 있는 다른 힘 동향을 위한 다른 힘 측정 계기를 위한, 그리고 다른 힘 측정 계기를 위한 다른 유형의 차원을 제안합니다.

힘 다이오드를 이해하십시오: 유형과 특성

모든 힘 다이오드는 alike. 다이오드 유형의 선택 극적으로 통합 행동에 영향을 미칩니다. 중요한 유형은 다음을 포함합니다:

Schottky Barrier Diodes (SBDs): 낮은 앞으로 전압 강하 (<0.5 V) 및 negligible 반전 회복 책임은 고주파 엇바꾸기 회로를 위해 그(것)들을 이상 만듭니다. 그러나, 그들의 역 누설 현재와 더 낮은 고장 전압 한계 신청 ~200 V.의 밑에.
PiN (또는 P-i-N) 다이오드:] 고전압 기능 (최대 몇 킬로 볼트) 및 강력한 큰 파도 취급, 하지만 저장된 책임 때문에 상당한 역 복구 전류에서 고통, 전환 손실 증가.
Zener 다이오드: 전압 클램핑 및 참조에 대한 역 고장으로 작동; 민감한 트랜지스터 게이트 보호에 대 한 게이트 드라이버로 통합.
Fast Recovery Epitaxial Diodes (FREDs):] 저장된 충전으로 부드러운 복구를 위해 최적화, 중간 전압, 중파 주파수 응용을 위한 Schottky와 PiN 사이의 간격을 밝히기.

이 특성을 이해하기 위해서는 통합 방법—whether antiparallel, 시리즈 또는 모듈 내에서 다이오드의 전환 속도, 열 프로파일 및 전압 클래스와 일치하기 때문에 중요합니다. 다이오드 선택에 대한 자세한 내용을 보려면 Infineon의 전력 다이오드 포트폴리오] 상세 응용 프로그램 노트를 제공합니다.

다른 반도체와 통합 전력 다이오드의 이점

통합은 트랜지스터의 가까이에 다이오드를 두는 것을 넘어갑니다. 뒤에 오는 이점은 디자인 엔지니어가 2를 주의깊게 협조할 때 깨달았습니다:

Reduced 엇바꾸기 손실: 다이오드는 IGBT 또는 MOSFETs의 회전 떨어져 도중 전압 하중 초과 그리고 반지를 극소화하고, 안전한 운영 지역 (SOA)를 초과하지 않고 더 빠른 엇바꾸기를 허용하.
전압의 반항에 대한 보호:] Snubber 다이오드 클램프 유도 킥백 모터, 변압기, 파라시틱 유도, 주 스위치를 보호.
개량된 열 성과: 스위치를 가진 Co-packaging 다이오드는 열 싱크를 공유하고 열저항을 감소시키고, 더 높은 힘 조밀도를 가능하게 합니다.
]단스크 게이트 드라이브 디자인:] 부트 스트랩 다이오드는 외부 부품 제거 및 파라시틱 유도를 최소화하는 하이 사이드 게이트 드라이버로 직접 통합합니다.
Lower EMI: 빠른 회복 또는 Schottky 다이오드는 역 복구 현재 스파이크를 감소시키고, 실시하고 EMI를 밝히는 주요 소스입니다.

이 혜택은 더 컴팩트하고 신뢰할 수 있고 효율적인 전력 변환기로 직접 변환합니다. 데이터 센터 전력 공급에서 전기 자동차 견인 인버터에 이르기까지 모든 것을 위해 전제 조건.

자주하는 질문

병렬 및 시리즈 구성

시리즈 연결 다이오드는 전압 차단 기능을 올리는, 그러나 정적과 동적인 전압 공유는 저항기 또는 snubbers를 균형을 잡는 사용하여 관리되어야 합니다. 평행한 연결 다이오드는 현재 수용량을 증가합니다, 그러나 열 런웨이는 일치하지 않는 경우에 일어날 수 있습니다; 긍정적인 온도 계수 다이오드 (예를들면, SiC Schottky)는 평행한 가동을 위해 이상적입니다. 높 현재 정류기에서는, 평행한 다이오드는 현재 공유 유도체로 수시로 쌍이 됩니다.

MOSFET 및 IGBT와 함께 보완적인 페어링

가장 진보 된 통합 중 하나는 전력 스위치의 전반적으로 antiparallel (또는 freewheeling) 다이오드입니다. MOSFETs의 경우 내부 바디 다이오드는 사용 될 수 있지만, 느린 역 복구 (특히 고전압 장치에서)는 교차 오염 및 손실 원인. 신체 다이오드와 평행한 외부 Schottky 다이오드는 "boost 다이오드"라고 불리며 역 복구 손실이 감소합니다. IGBT 모듈에서 PiN 빠른 전압은 현재와 동일한 소스를 막기 위해 문과 같은 문과 같은 문이 교차하는 데 사용됩니다. 또한, PiN 빠른 전압은 현재와 같은 문과 같은 문이 교차하는 문과 같은 문과 같은 문이 결합되어 있습니다.

통합된 힘 단위 및 포장

6-pack IGBT 또는 이중 단계 MOSFET 모듈과 같은 전원 모듈은 일반적인 기판 (예 : DBC 직접 접착 구리)에 다이오드 및 스위치를 통합합니다. 이 통합은 루프 인덕턴스를 최소화하고 열 관리를 개선하고 조립 비용을 절감합니다. 최근 혁신에는 [[FLT : 0]] 소결 다이 첨부 [[FLT :1]] 및 [[FLT : 2]silicon 카바이드 (SiC) 모듈 [[[FLT : 3]] : 포괄적인 모듈을 위한 포괄적인 모듈, 포괄적인 모듈] 포괄적인 모듈, 포괄적인 모듈, 포괄적인 모듈, 포괄적인 모듈, 포괄적인 모듈 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

설계 고려 및 도전

패러시틱 효과 및 EMI

다이오드와 스위치 사이 반복 유도는 회전 떨어져에 전압 반지를 창조합니다. 트랜지스터 맨끝에 가능한 한 가까운으로 다이오드를 두기 위하여 반복 지역을 설치해서 - 근본적으로. Snubber 회로 (RCD 또는 RC)는 요구될지도 모르지만, 그들은 동력 손실을 추가합니다. 진보된 통합은 Kelvin 근원 연결과 박판으로 만들어진 공통로 같이 낮은 유도 배치를 이용합니다.

열 관리

다이오드와 스위치는 열을 생성합니다. 동일한 열 싱크에 Co 위치는 상호 난방, 접합 온도를 올리는 원인이 될 수 있습니다. 이탈하고 열 가장는 필요합니다. 고성능 신청에서는, 활동적인 냉각 (예를들면, 액체 반복)는 요구될지도 모릅니다. ] 열 공용영역 물자 (TIMs) 를 사용하여 높은 전도도 도움으로.

전환 빈도와 반전 회복

주파수 증가 (예를들면, >100 kHz의 LLC 변환기)를 전환하여 역 복구 손실은 지배적이어야합니다. 통합은 Schottky 또는 SiC 다이오드를 선호해야합니다. 소프트 복구 동작은 또한 링 및 EMI를 감소시킵니다. 앞으로 전압 강하와 회복 책임 사이 무역 떨어져 핵심 디자인 결정입니다.

현대 전력 전자의 응용

스위치 모드 전원 공급 장치

오프라인 비행거리 변환기에서, 통합된 산출 정류기 (동시적인 개정에 있는 디디드 + MOSFET)는 극적으로 효율성을 개량합니다. 부스트 PFC 단계는 부스트 유도체를 가진 시리즈에 있는 빠른 다이오드를 이용합니다; SiC 다이오드는 98% 이상 효율성을 밀어서 좋습니다. 다이오드와 MOSFETs 사이 시너지는 0 전압 엇바꾸기 (ZVS)를 가진 고주파 LLC 공명한 변환기를 가능하게 합니다.

모터 드라이브 및 인버터

가변 속도 드라이브에 대한 삼상 인버터는 각 IGBT 또는 MOSFET의 antiparallel 다이오드에 의존합니다. 다이오드는 스위치로 유사한 계산 상태를 견딜 수 있어야합니다. 현대 드라이브는 ] 일렬로 세분화 된 이중 IGBT 모듈] 온도 감지를 위한 내장 NTC 서미스터와 함께. Proper 다이오드 통합은 촬영 추적을 방지하고 장치 수명을 연장합니다.

재생 에너지 시스템

태양 변환장치와 풍력 터빈 변환기는 DC 연결 죄는 및 freewheeling를 위한 고전압 다이오드를 요구합니다. MPPT 밀어주는 단계에 있는 SiC 다이오드의 통합은 손실을 감소시키고 더 작은 자석을 허용합니다. 에너지 저장 체계는 다이오드와 트랜지스터가 위탁과 출력을 위해 함께 작동하는 양방향 변환기를 이용합니다.

자동차 및 전기 자동차

EV 견인 인버터는 가장 까다로운 응용 프로그램입니다 : 고전압 (400-800 V), 높은 전류 (진적의 앰프) 및 엄격한 신뢰성. 고급 통합은 SiC MOSFETs를 사용하여 SiC Schottky 다이오드를 저 유도 모듈에서 사용합니다. 내장형 충전기는 통합 PFC 다이오드 및 동기 정류기를 사용합니다. 자세한 사례 연구에 대해서는 [[FLT : 0]Vishayay의 응용 프로그램[FLT]][FLT]]][FLT]]]]를 참조하십시오.

동향 및 미래 방향

높은 효율과 동력 밀도를 향한 푸시는 단일 반도체 다이를 공유하는 다이오드 및 트랜지스터가 모놀리식 통합을 구동하는 것입니다. 예에는 Diode-Integrated MOSFET (DIMOS) 및 통합 Schottky 다이오드를 가진 GaN 파워 IC가 포함됩니다. 넓은 붕대 재료 (SiC 및 GaN)은 매우 빠른 회복을 위해 내부 다이오드를 허용하지만 외부 혈전을 최소화하는 데 도움이되는 반면, 외부 혈전 응용 프로그램에는 여전히 도움이 될 것입니다.

또 다른 추세는 ] 진보된 포장]를 사용하여 전력 모듈에 있는 조립된 다이오드 (예를들면, 3D 통합, PCB에 의하여 끼워넣어진 거푸집)입니다. 이들은 상호 연결 유도를 감소시키고 열 성과를 개량합니다. 디자인 공구는 지금 디자인 단계에서 다이오드 스위치를 조기에 낙관하기 위하여 기생충 추출 그리고 응고를 통합합니다.