電力電子設備中的分立整流器是決定性的組件，它們會影響效率，可靠性以及諸如EV汽車中“車載充電器”之類的重要部件的尺寸。近年來，碳化硅（SiC）肖特基二極管已被確立為電力電子技術中最先進的整流器技術。但是，SiC整流器通常在650V及更高電壓下使用，與基于硅的解決方案相比，它們具有較高的價格。盡管如此，仍有許多650V以下的電力電子應用需要經濟高效的解決方案，而又不影響設備的可靠性和性能。Nexperia已開發出一種新的基于硅鍺（SiGe）的整流器技術，適用于100-200V范圍的應用。

硅鍺（SiGe）整流器具有出色的效率和熱穩定性

硅鍺（SiGe）整流器將硅肖特基整流器的效率與快速恢復整流器的熱穩定性相結合，使工程師能夠優化100V-200V電源設計以實現高效率。

Nexperia現已提供SiGe整流器，旨在用于車輛，服務器和通信基礎設施中的應用。這些通過AEC-Q101認證的SiGe整流器提供了一個擴展的安全工作區域，在高達175°C的溫度下沒有熱失控，特別適合在暴露于高環境溫度的應用中使用。

以前在設計100V-200V范圍內的整流器電路時，工程師不得不在效率和工作溫度之間進行折衷。盡管肖特基整流器提供非常高的效率，但它們會遭受超過一定溫度閾值的熱失控。這意味著它們的使用受到限制，例如在汽車電子控制單元（ECU）或燃油噴射系統的電源電路中，這些電路通常在高于150°C的溫度下運行。

替代方法是使用快速恢復整流器。它們非常熱穩定，但是它們具有很高的正向電壓，這會影響其效率。

SiGe和理想的整流器性能

與硅相比，SiGe技術的特征包括更小的帶隙，更快的開關頻率和更高的固有電荷載流子密度。這些特性在高頻開關性能方面具有優勢：這就是為什么在射頻晶體管中采用SiGe器件的原因。在此之前，SiGe二極管僅在學術文獻中進行了理論上的討論，尚無實際應用。

Nexperia近年來一直在開發SiGe整流器技術，并且已經擁有該工藝的多項專利，這些專利解決了明顯矛盾的高效和高溫操作需求。

圖1顯示了Nexperia新型SiGe整流器內部結構的簡化圖。為了提高其性能，它們采用兩引腳夾式FlatPower（CFP）封裝（CFP3和CFP5）封裝，具有出色的散熱性能。該封裝設計與肖特基和快速恢復整流器的引腳兼容。

圖1：肖特基和SiGe整流器的結構比較

如圖2所示，新器件保持了很高的熱穩定性，擴展了安全工作區–在此示例中，肖特基整流器開始熱失控的溫度從140°C開始。SiGe整流器在CFP封裝規定的極限溫度175°C和更高的溫度下仍保持穩定。當芯片內部產生的反向功率超過封裝可以消耗的功率時，就會發生熱失控。在這一點上，泄漏電流的增加變得超指數。

圖2：肖特基和SiGe整流器的漏電流與外殼溫度的關系

如圖3所示，快速恢復整流器通常具有約0.9V的正向電壓。相比之下，Nexperia的第一個SiGe二極管具有1nA的低泄漏電流，如曲線所示，正向電壓等于0.75V左右，比Fast Recovery整流器好150mV。

結果是減少了約20％的傳導損耗。如何將其轉化為效率取決于多個因素，最重要的是應用的占空比。粗略估計，與最佳快速恢復二極管具有相同的熱穩定性，效率有望提高5-10％。

圖3：肖特基，SiGe和快速恢復整流器的正向電壓與泄漏電流之間的權衡。SiGe整流器的泄漏電流比肖特基整流器低大約兩個數量級，而正向電壓降比快速恢復整流器低大約20％。

SiGe在高溫開關應用中的優勢

除這些優點外，與例如80V / 12V DC-DC轉換器中的肖特基整流器相比，SiGe整流器還顯示出更高的開關性能。與可比的肖特基整流器相比，SiGe整流器具有更低的反向恢復電荷和更低的反向恢復電流，從而導致更低的開關損耗和更低的響應性。

這些好處直接提高了DC-DC轉換器的效率（見圖4）。在高頻下，開關損耗成為造成整體損耗的主要因素：此處，SiGe整流器比肖特基整流器更高效。

圖4：48V / 12V DC-DC轉換器在130kHz至500kHz的開關頻率下的效率。將3A SiGe整流器與3A肖特基整流器進行比較。SiGe整流器在高頻下效率的提高是由于較低的開關損耗。

總而言之，即使在高溫環境下工作，SiGe整流器也是開關模式電源的合適選擇。它們將肖特基整流器的高效率與快速恢復整流器的熱穩定性和安全運行結合在一起。

編輯：hfy