/引言/
碳化矽（SiC）元件憑藉其出色的電氣與熱性能，正逐步取代傳統矽（Si）元件，成為高效能電子系統中的新寵。那麼，SiC究竟有何獨特之處？特別是在反向恢復特性方面，它們又是如何改變遊戲規則的呢？讓我們一探究竟！
1. 什麼是反向恢復？
在傳統矽功率元件中，反向恢復現象主要與其內部的寄生二極體有關，指的是二極體從導通狀態（正向偏壓）切換到反向阻斷狀態（反向偏壓）時，產生的短暫反向恢復電流和反向恢復時間的現象。
其形成主要是由於在元件導通狀態下，載子（電子和電洞）累積並注入到兩極之間的電荷儲存區域。當電壓反轉此時，這些儲存的電荷需要先被移除或復合，才能使元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，時間長短主要取決於元件內部載流子的儲存量、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導通過程中，形成開關管的導通電流尖峰。
2. SiC元件是否存在反向恢復現象？
現在問題來了：SiC元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)，這些波形是採用如圖1(d)所示的雙脈衝測試平台進行雙脈衝測試所得，其中紅色波形顯示的是流過開關管的導通電流，黑色波形則是開關管兩端的電壓。
可以看到無論是採用Si二極體、SiC-MOS的寄生二極體，還是SiC的蕭特基二極體進行換流，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是Si還是SiC都存在反向恢復的問題呢？
為了釐清這個問題，需要回到前面闡述的二極體反向恢復的機理。反向恢復主要是由於少數載流子的存儲效應所導致的。Si二極體以及SiC-MOS的寄生二極體因為都是雙極性導電結構，因此存在反向恢復效應。而蕭特基二極體採用的是單極性載流子元件，因此SiC的蕭特基二極體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肖特基二極體換流時，開關管導通電流尖峰形成的原因是什麼？
如前述分析，SiC蕭特基二極體應該不存在反向恢復現象，但是為什麼採用SiC蕭特基二極體換流時，開關管依然存在開通電流尖峰？為了方便分析這個問題，基於Spice模型搭建模擬平台進行分析，如圖2所示。
從圖2(b)的模擬中可以觀察到與實測類似的波形，即在SiC-MOS與SiC蕭特基二極體換流時，存在開關管導通時的電流尖峰。進一步分析，蕭特基二極體可以等效為如圖3所示的二極體與寄生電容並聯的結構。
圖3. SiC蕭特基二極體的等效圖
通過查詢SiC肖特基二極體IDW30G120C5B的手冊，寄生電容如表1所示。在二極體兩端電壓為800V時，其寄生電容為111pF。考慮這個因素，並聯額外電容。C一，如圖4(a)所示。考慮C一個（none, 100pF, 200pF, 300pF）來模擬不同寄生電容對開通的影響，其模擬結果如圖4(b)所示。
表1. IDW30G120C5B 的寄生電容
圖4(a). 額外並聯電容用於模擬不同寄生電容的Spice模擬電路
圖4(b). 考慮肖特基二極體寄生電容的Spice模擬電路
表2. 不同的C一個以下是模擬結果彙總
根據圖4(b)以及數據彙總表2，可以看到越大的等效寄生電容C一個，會導致開關元件的電流尖峰越大。因此，在選擇SiC元件時，寄生電容是一個重要的參數。
4. 結論
綜上所述，儘管SiC蕭特基二極體理論上不存在反向恢復電流，但由於寄生電容的存在（包括二極體的輸出電容）科斯和系統寄生電容（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元件上，產生類似於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，在設計時需要特別注意盡可能減少系統的寄生電容。透過優化PCB佈局和選擇合適的元件，可以最大限度地降低寄生電容帶來的負面影響，從而提升系統的可靠性。
參考來源