/引言/

碳化硅（SiC）器件憑借其出色的電氣和熱性能，正在逐步取代傳統硅（Si）器件，成為高效能電子系統中的新寵。那么，SiC到底有何獨特之處？特別是在反向恢復特性方面，它們又是如何改變游戲規則的呢？讓我們一探究竟！

1

什么是反向恢復？

在傳統硅功率器件中，反向恢復現象主要與它們內部的寄生二極管有關，指二極管從導通狀態（正向偏置）切換到反向阻斷狀態（反向偏置）時，產生的短暫反向恢復電流和反向恢復時間的現象。

其形成主要是由于在器件導通狀態下，載流子（電子和空穴）積累并注入到兩極之間的電荷存儲區域。當電壓反轉時，這些存儲的電荷需要先被移除或復合，才能使器件完全進入反向阻斷狀態。為了移除這些載流子，會出現一個反向電流，這就是反向恢復電流，這個過程持續的時間就稱為反向恢復時間，時間長短主要取決于器件內部載流子的存儲量、載流子的復合速度和擴散速度，溫度等因素。這個反向恢復電流會疊加到換流開關管的開通過程中，形成開關管的開通電流尖峰。

2

SiC器件是否存在反向恢復現象？

現在問題來了：SiC器件到底有沒有反向恢復現象呢？

在回答這個問題之前，先來看幾張實驗波形，如圖1(a)、1(b)、1(c)，采用如圖1(d)所示的雙脈沖測試平臺進行雙脈沖測試所得，其中紅色波形顯示的是流過開關管的開通電流，黑色波形是開關管兩端的電壓。

(a)SIC MOS + SI Diode

(b)SIC MOS + SIC Body Diode

(c)SIC MOS + SIC Schottky Diode

(d)雙脈沖測試平臺示意圖

圖1. 不同組合下換流，開關管的開通電流波形

可以看到無論是采用Si二極管、SiC-MOS的寄生二極管，還是SiC的肖特基二極管進行換流，都觀察到在開關管上的開通電流尖峰。這是不是意味著無論Si還是SiC都存在反向恢復的問題呢？

為了澄清這個問題，需要回到前面闡述的二極管反向恢復的機理。反向恢復主要是由于少數載流子的存儲效應導致的。Si二極管以及SiC-MOS的寄生二極管因為都是雙極性導電結構，因此存在反向恢復效應。而肖特基二極管采用的是單極性載流子器件，因此SiC的肖特基二極管沒有少數載流子存儲效應，反向恢復現象應該是不存在的。

3

SiC肖特基二極管換流時，

開關管開通電流尖峰形成原因？

如前述分析，SiC肖特基二極管應該不存在反向恢復現象，但是為什么采用SiC肖特基二極管換流時，開關管依然存在開通電流尖峰？為了方便分析這個問題，基于Spice模型搭建仿真平臺進行分析，如圖2所示。

圖2(a). 基于Spice的仿真平臺

圖2(b). 基于Spice的仿真波形

從圖2(b)的仿真，可以觀測到與實測類似的波形，即SiC-MOS與SiC肖特基二極管換流時，存在開關管開通的電流尖峰。進一步分析，肖特基二極管可以等效為如下圖3所示的二極管與寄生電容并聯的結構。

圖3. SiC肖特基二極管的等效圖

通過查詢SiC肖特基二極管IDW30G120C5B的手冊，寄生電容如表1所示。在二極管兩端電壓為800V時，其寄生電容為111pF。考慮這個因素，并聯額外電容Ca，如圖4(a)所示。考慮Ca（none, 100pF, 200pF, 300pF）來模擬不同寄生電容對開通的影響，其仿真結果如圖4(b)所示。

表1. IDW30G120C5B的寄生電容

圖4(a). 額外并聯電容來模擬不同寄生電容的Spice仿真電路

圖4(b). 考慮肖特基二極管的寄生電容的Spice仿真電路

表2. 不同的Ca下的仿真結果匯總

根據圖4(b)以及數據匯總表2，可以看到越大的等效寄生電容Ca，會造成越大的開關管的電流尖峰。因此，在選擇SiC器件時，寄生電容是一個重要參數。

4

結論

綜上所述，盡管SiC肖特基二極管理論上不存在反向恢復電流，但由于寄生電容的存在（包括二極管的輸出電容Coss和系統寄生電容，如PCB的寄生電容），在上下橋臂換向過程中，續流橋臂的寄生電容充電電流會疊加到開關器件上，產生類似于反向恢復電流的效應。這可能會導致開關管導通時的電流應力增加。

因此，在設計時需要特別關注盡可能減小系統的寄生電容。通過優化PCB布局和選擇合適的器件，可以最大限度地降低寄生電容帶來的負面影響，從而提高系統的可靠性。