SiC肖特基二极管和硅超快恢复二极管的性能比较
在过去的二十年里，硬开关绝缘栅双极晶体管（IGBT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）与硅（Si）技术制成的自由旋转二极管集成在电力驱动和可再生能源发电系统的功率转换器中普遍使用。由于较高的导通损耗，MOSFET主要被选择用于高频（高达数百kHz）、低电压和低输出功率的应用。然而，最近推出的低导通电阻MOSFET具有高阻断电压（高达900V）和高dv/dt能力的特点，也可用于大电流大功率应用。
功率二极管的恢复软度系数（RSF）被确定为反向恢复电流下降时间与反向恢复电荷QRR清除时间的比率。低RSF可能表明二极管会产生大振幅的由于骤然恢复而产生的电压尖峰。硅超快二极管中的快断会导致IGBT电压的振荡，从而产生EMI。关断过程中过高的电压尖峰甚至会破坏二极管。这些现象可以通过使用超快软恢复硅二极管来减弱。该二极管在RSF等于1或更大时具有软恢复特性。目前，功率转换器的性能改进也是通过改变半导体材料来完成的。
碳化硅（SiC）在肖特基二极管上的应用将其反向恢复电流几乎降至零，并大大提高了功率转换器的效率。用SiC技术制造的电力电子器件可以在高温、非常高的电压和非常高的开关频率下工作。然而，高频SiC器件的引入也涉及到一个领域的科学问题。与电路的寄生参数有关的非常高的dv/dt也会在高频率范围内（30MHz-2GHz）造成可能的振铃和明显的辐射EMI。
三个二极管：两个SiC肖特基二极管S1和S2以及一个超快速恢复Si二极管S3已经被调查，以了解它们在基于SiCJFET的高频逆变器中的潜在用途。表一显示了调查的二极管和两个晶体管在实验室测试电路中的额定值。所研究的SiC肖特基功率二极管S1和S2，能够承载20A的电流，是通过在单个芯片上平行连接两个二极管元件制造的。并联操作导致了正向电压的轻微下降。SiC肖特基二极管的特点是反向恢复电荷几乎为零，并且只有结点的小电容电荷Qc。第一个SiC肖特基二极管（S1）的总电容电荷Qc1=122nC，有效面积为2*0.0489cm2。第二个被调查的SiC二极管（S2）在VR=1200V和di/dt=500A/µs的典型条件下具有总电容电荷Qc2=129nC。
第三个被研究的超快硅二极管（S3）的反向恢复电荷Qrr，根据不同的情况而变化：-通过零点的电流变化率diF/dt、正向电流i的值、温度。S3的Qrr在结温为100°C和i=15A时从500nC开始，在i=30A和高diF/dt时达到2000nC以上。图中描述了用于确定二极管静态特性的测试电路。与S3不同，SiC肖特基二极管的Qc几乎与这些边界条件无关。静态特性的测量是在图中所示的测试电路中进行的。该电路由低电压VDC=60V提供。
一个SiMOSFET晶体管被用来对电容器放电，通过在测试过程中，2.2Ω的电阻和被调查的二极管（DUT被测试的二极管）。在25℃至125℃环境温度范围内的不同温度下，获得了三个被调查的二极管S1、S2和S3的i-v特性。这些特性显示在图中。SiC二极管和超快速硅二极管的特点有很大不同。最重要的区别是SiC二极管的正向电压的正温度系数。正温度系数允许SiC二极管并联运行。
这使得使用市售（<30A）SiC器件的电源转换器的额定功率得以提高。S1和S2的i-v曲线几乎是线性的，偏离了S3的指数行为。S1和S2在正向电压降方面有所不同。S2的正向电压比S1低。高频SiC器件具有高dv/dt的特点，它的引入涉及到与寄生电感和电容对开关性能的影响和EMI问题有关的广泛的科学问题。零反向恢复电流SiC肖特基二极管的应用提高了功率转换器的效率，然而，高速开关期间可能出现的振荡和共振是转换器系统中明显的EMC/EMI辐射的来源。
由高dv/dt和电路寄生引起的高幅度的电流振荡降低了转换器的性能，并可能导致器件的故障和崩溃。图中显示了在功率转换器中高速SiC器件的应用中可能出现的故障事件和EMI问题的位置。为了预测可能发生的故障事件和EMI问题的规模，在图中所述的高压测试电路中，测量了Si和SiC二极管与SiCJFET的不同组合的动态特性。使用配备TCP0030120MHz电流探头、P5205高压差分和P6931A500MHz电压探头的泰克DPO4104示波器观察和记录电流和电压波形。实验测试装置如图所示。测试电路的实现采用了FR4双层印刷电路板。从实验测试装置中获得了S1、S2和T1的开关波形，以了解所研究的SiC的开关特性。器件。在两个被调查的组合中，栅极电阻R1是2.7Ω。
研究了三个1.2kV的快速二极管：两个SiC肖特基二极管和一个超快速恢复Si二极管，目的是在高速SiCJFET基础上的逆变器中进行潜在应用。
