高压大功率SiC MOSFETs短路保护方法

碳化硅(SiC)MOSFETs短路承受能力弱,研究其短路保护方法成为保障电力电子设备安全运行的重要课题。现有方法大多围绕低压小功率SiC MOSFETs,然而随着电压和功率等级的提升,器件特性有所差异,直接套用以往设计难以实现高压大功率SiC MOSFETs的快速、可靠保护。该文首先详细研究了几种常用短路检测方法;其次基于高压大功率SiC MOSFETs器件特性,深入对比分析了不同短路检测方法的适用性,提出一种阻容式漏源极电压检测和栅极电荷检测相结合的短路保护方法;最后搭建了实验平台验证所提方法的可行性。结果表明,提出的方法在硬开关短路故障(hard switching fault,HSF)下,保护响应时间缩短了1.4μs,短路能量降低了62.5%;且能可靠识别负载短路故障(fault under load,FUL)。

高压大功率开关器件电磁特性的解析模型

准确获得高压大功率开关器件的电磁特性对器件所在系统的电磁干扰预测十分重要。聚焦用于高压大功率开关器件电磁特性分析的开关波形等效方法,针对当前等效波形过于理想而无法体现器件开关瞬态中复杂频谱分量的问题,提出考虑器件开关过程电磁特性的解析模型。从解析模型的时域解析式出发,基于傅里叶变换理论,推导了解析模型的频域解析式,分析频谱包络特征参数,得到了解析模型的频谱特征。利用Si IGBT和SiC MOSFET器件实测的开关波形,验证了理论分析的正确性。

基于寄生电感优化的分立式SiC MOSFET器件压接封装方法研究

现有沿用传统Si器件TO-247-3封装的分立式SiC MOSFET器件受限于键合线和平面换流回路,封装寄生电感偏大,增大器件高频工况下的开关损耗。对此,该文提出一种去键合线、具有垂直换流回路的低寄生电感分立式SiC MOSFET器件压接封装方法。首先,基于封装结构,评估现有TO-247-3分立式SiC MOSFET器件封装寄生电感的分布特性;其次,针对小尺寸SiC MOSFET芯片,设计具有U型栅极顶针和垂直换流回路的分立式压接封装结构,并利用磁场相消原理进一步降低功率回路寄生电感;再次,利用Pspice软件对SiC MOSFET器件开关行为建模,对比分析分立式压接封装与TO封装下SiC MOSFET器件的开关特性。最后,搭建电感钳位双脉冲测试平台进行实验验证。仿真和实验结果表明,在相同电流等级下,采用分立式压接封装结构的SiC MOSFET器件具有更低的封装磁场分布和更低的寄生电感,可以显著提升器件开关速度并降低开关损耗。

深亚微米SOI工艺高压ESD器件防护设计

绝缘体上硅(SOI)工艺具有隔离面积小、隔离性能良好等特点,在功率半导体领域已被广泛采用。基于深亚微米SOI工艺技术节点和100V以上高压器件的特性,高压静电放电(ESD)器件稳健性弱的问题已成为ESD防护设计的技术难点之一,高压ESD防护器件的选择和设计显得尤为重要。为了提升SOI工艺高压ESD器件的稳健性,结合静电放电时器件的特性和工作性能,对ESD防护器件进行了选择,设计了合适的器件尺寸,获得了良好的ESD能力。运用了该设计的一款驱动MOSFET的控制器电路,通过了4000V人体模型(HBM)的ESD测试,该设计在SOI工艺高压ESD器件防护稳健性的问题上取得了良好的效果。

基于等效励磁电感的SiC串联器件型中压双有源桥变换器的软开关技术

基于SiC串联器件的双有源桥变换器因具有开关损耗小、功率密度高、能量控制简单等优势,有望成为中压变换场景中实现高频隔离的优选方案。为保证SiC串联器件的可靠均压,各器件上并联大容值缓冲电容,然而该设计使变换器在传输功率较低时难以实现零电压开通,严重影响变换器的整体效率和串联器件的可靠运行。该文通过构建SiC串联器件型中压双有源桥变换器多模态运行模型并深入分析其运行特性,提出一种基于等效励磁电感的无源软开关技术。所提技术可通过优化外接传输电感位置的方式实现中压侧等效励磁电感参数调节,从而在无额外控制前提下实现SiC串联器件的软开关范围扩展。最后,设计了4 kV/1 kV实验样机,实现了100 kW下运行。实验结果显示,所提出的软开关技术能显著地扩展变换器中SiC串联器件的软开关范围,在保证SiC串联器件均压稳定性的同时能够大幅降低变换器在轻载运行时的功耗。

1200V沟槽型SiC MOSEET器件研制

碳作为宽禁带半导体材料的典型代表,碳化硅(SiC)功率器件具有高压,高频、高温,大容量等独特优势,在新能源汽车、光伏逆变、智能电网,雷达通信等领域有着乐观的应用前景。主流SiC MOSFET器件包括平面型和沟槽型,前者受限于较低的沟道迁移率和较大的元胞尺寸,难以充分发挥SiC器件的材料优势,后者将导电沟道由横向改为纵向,既明显改善了沟道迁移率,又大幅提升了沟道密度,使得器件导通电阻显著降低,代表着SiCMOSFET的未来发展方向。

提升高压器件氦质谱真空室法检漏效率

高压器件通常是指设计工作压力在10MPa至100MPa范围之间的压力组件。由于高压器件在使用中是带高压工作,具有一定的危险性。如果在投入使用前不对其进行密封性检测或者在检测过程中出现漏检或未检出的情况,那么高压器件在工作中如果贮存高压气体的容器和阀门因未及时检测出缺陷而导致产品存在质量、安全隐患,工作中如果高压气体泄漏,将出现轻则造成产品无法满足工作压力要求而报废,造成一定的经济损失;重则将导致人身伤害或对周边产品造成损坏的严重后果。所以高压器件的泄漏检测是高压器件投入生产使用前的一项重要工作。

级联MOSFET均压测试方法研究

文章分析了传统均压测试方法中,隔离高压探头寄生参数对级联MOSFET均压效果的影响。通过改变同一高边MOSFET的DS电压测试探头数量,分析了测试方法引入寄生参数的变化对瞬态均压的干扰程度。基于此提出了一种减法均压测试方法,并对所提出的减法均压测试方法的优化进行了分析与实验验证。实验结果表明该测试方式能精确评估级联MOSFET在稳态以及开通、关断瞬态的均压效果,且不受测试线缆寄生参数的影响。

HVIC中的高压器件——RESURF结构LDMOSFET

RESURF(减小表面电场)结构的LDMOSFET(水平沟道二次扩散MOS场效应晶体管)是HVIC(高压集成电路)中较为理想的高压输出器件。本文对RESURF结构的LDMOSFET进行了理论与计算机分析,为探求该器件的设计依据及其与双极器件相兼容的工艺方案,设计了一个包含有NPN,PNP晶体管及不同漂移区长度的RESURF试验模型,并进行了工艺流片,获得了耐压为350V与低压双极器件相兼容的高压RESURF结构的LDMOSFET。

基于TCAD技术的碳化硅槽栅MOSFET器件设计

针对碳化硅槽栅MOSFET器件内部寄生二极管的反向恢复特性差的问题,设计了碳化硅槽栅MOSFET器件新结构,通过在碳化硅槽栅MOSFET器件元胞内部集成多晶硅/碳化硅异质结二极管,在不使器件的其他电学特性退化的基础上,改善器件的反向恢复特性。基于TCAD工具——ATLAS二维的半导体工艺与器件仿真软件,对碳化硅槽栅MOSFET器件的I-V特性、击穿特性以及反向恢复特性进行了研究。研究结果表明,与常规的碳化硅槽栅MOSFET器件相比,新结构的反向恢复特性明显改善,反向恢复时间减小了48.8%,反向恢复电荷减小了94.1%,反向峰值电流减小了82.4%。

高压大容量柔性直流换流阀关键设计和发展趋势

柔性直流输电技术具有控制灵活性高、无换相失败问题和动态无功支撑能力强等突出优点,已广泛应用于点对点输电、背靠背联网和构建直流电网等场景。柔性直流换流阀通过功率器件的频繁开断来实现交、直流的电能转换,是柔性直流输电工程的核心设备。首先,结合工程实践经验,系统梳理并提出了不同应用场景下柔性直流换流阀的关键设计要求,对比分析了柔性直流输电工程中常用的功率器件及柔性直流换流阀拓扑,展望了柔性直流换流阀的发展趋势。此外,针对2种典型的未来应用场景,对比了不同的技术方案,可为柔性直流输电技术应用于高压大容量远距离输电场景提供有益借鉴。

专业仿真软件在半导体器件物理课程改革中的应用

半导体器件物理及其相关课程已成为应用物理学专业和电子信息类专业高年级本科生和研究生的必修课程.课程教学内容是从事半导体器件设计、制造和应用等方面工作和研究所必需的专业知识.此课程在建设教学-研究型大学的学生培养课程设计中具有代表性作用.本文选取本课程的部分重难点为实例采用Silvaco软件进行仿真,得到的仿真结果与教材给出的结论一致性非常高,说明此专业仿真软件Silvaco可用于课程教学中.将专业仿真软件与课程相结合,不仅可以更形象地解释物理参数,提高教师授课效果,更能使学生通过理论与应用的联系,明确学习的目的,提高学习兴趣,加强对专业知识的重视.

高压大功率DC/DC的快速过压保护设计

新能源车为提升电能容量和充电速率,抬升平台工作电压为其重要手段。这将使得车载零部件内部的功率半导体的工作电压越来越靠近其极限电压,其工作电压裕量越来越少。故在新能源车用零部件的设计中,需要一种实时的电压保护设计,其能够快速地检测过电压的工作状态,实时保护半导体器件,使其工作在过压的条件下能够快速地切换到安全的工作模式,避免功率半导体器件的损坏。

Vishay发布其E系列器件的首颗500V高压MOSFET

日前,Vishay Intertechnology,Inc.宣布,推出新的500 V家族里首款MOSFET---SiHx25N50E,该器件具有与该公司600 V和650V E系列器件相同的低导通电阻和低开关损耗优点。新器件的低导通电阻和栅极电荷在高功率、高性能的消费类产品、照明应用和ATX/桌面PC机开关电源（SMPS）里将起到节能的重要作用。

兼具超结技术和传统高压器件优势的下一代CoolMOS MOSFET

英飞凌推出下一代高性能金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）600 V CoolMOS C6系列。有了600 V CoolMOS C6系列器件，诸如PFC（功率因数校正）级或PWM（脉宽调制）级等能源转换产品的能源效率可得到大幅提升。全新C6技术融合了现代超结结构及包括超低单位面积导通电阻（例如采用TO-220封装，电阻仅为99mΩ）在内的补偿器件的优势，同时具有更低的电容开关损耗、更简单的开关特性控制特性和更结实耐用的增强型体二极管。

SiC代工龙头收购这一MOSFET企业

近日,SiC晶圆代工龙头X-FAB发布公告称,公司计划出资2250万欧元(折合人民币约1.76亿元)收购M-MOS Semiconductor Hong Kong Limited(以下简称M-MOS)的全部股份。据介绍,M-MOS是一家专注于MOSFET技术开发的无晶圆厂(Fabless)公司。M-MOS销往工业、消费和汽车市场的MOSFET晶圆主要由X-FAB生产。2022年,M-MOS的营收为3200万美元(折合人民币约2.29亿元)。此外,根据M-MOS官网信息,其还具备硅基氮化镓(GaN-on-Si)功率分立器件技术研发能力。

新能源汽车高压系统的典型EMC问题与挑战

高压、高频功率器件已广泛应用于车载功率变换领域,车载高压系统已成为新能源汽车最主要的干扰源。高压系统不断向高集成化快速进步,其电磁传导和辐射路径更加复杂,致使车内外电磁环境日益恶化。文章基于电动汽车产品的正向电磁兼容性(EMC)研发和测试实践,结合行业最近研究进展和需要,围绕车载高压系统典型干扰源特性、高压系统内电磁耦合及系统间电磁耦合、电磁滤波设计与新型抑制措施等方面,对车载高压系统存在的EMC典型问题及其挑战进行了阐述,也提出开展电驱动系统台架测试与整车测试之间结果关联性探索研究的必要性。

英飞凌推出兼具超结技术和传统高压器件优势的下一代CoolMOS MOSFET

英飞凌科技日前推出下一代高性能金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）600VCool MOSC6系列。有了600VCool MOSC6系列器件．诸如PFC（功率因数校正）级或PWM（脉宽调制）级等能源转换产品的能源效率可得到大幅提升。全新C6技术融合了现代超结结构及包括超低单位面积导通电阻（例如采用T0-220封装，

“面向新型电力系统的高压直流输电”专题征稿

《河北电力技术》是由国网河北省电力有限公司主管,国网河北省电力有限公司电力科学研究院、河北省电机工程学会主办的河北省唯一公开出版的电力科技刊物。本刊于1982年创刊,是国家首批认定的学术期刊,连续多年被评为河北省优秀期刊,是华北地区电力情报收集、整理、宣传、推广的中坚力量和重要先锋。在“碳达峰、碳中和”战略目标驱动下,高压直流技术成为构建新型电力系统的关键核心技术,其在大规模新能源远距离、大容量输送方面具有独特优势,同时能够实现大区电网的异步互联,在电力系统稳定控制方面发挥重要作用。面向新型电力系统构建需求,驱需研究送端大规模新能源经直流外送,受端电网新能源渗透率提高,直流异步电网互联等新场景、新间题,推进常规直流输电、柔性直流输电、功率电力电子器件等关键技术发展。

英飞凌推出兼具超结技术和传统高压器件优势的MOSFET

英飞凌科技股份公司推出下一代高性能金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）600V CoolMOS C6系列。有了600V CoolMOS C6系列器件，诸如HPFC（功率因数校正）级或PWM（咏宽调制）级等能源转换产品的能源效率可得到大幅提升。全新C6技术融合了现代超结结构及包括超低单位面积导通电阻（例如采用TO-220封装，电阻仅为99毫欧）在内的补偿器件的优势，同时具有更低的电容开关损耗、