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Si IGBT/SiC MOSFET混合器件及其应用研究 被引量:4
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作者 李宗鉴 王俊 +3 位作者 江希 何志志 彭子舜 余佳俊 《电源学报》 CSCD 北大核心 2020年第4期58-70,共13页
综述了Si IGBT/SiC MOSFET混合器件在门极优化控制策略、集成驱动设计、热电耦合损耗模型、芯片尺寸配比优化和混合功率模块研制等方面的最新研究成果与进展。Si IGBT/SiC MOSFET混合器件结合了SiC MOSFET的高开关频率、低开关损耗特性... 综述了Si IGBT/SiC MOSFET混合器件在门极优化控制策略、集成驱动设计、热电耦合损耗模型、芯片尺寸配比优化和混合功率模块研制等方面的最新研究成果与进展。Si IGBT/SiC MOSFET混合器件结合了SiC MOSFET的高开关频率、低开关损耗特性和Si IGBT的大载流能力和低成本优势,已有文献的最新研究和实验结果验证了该类器件的优异特性,表明其对高性能电力电子器件实现更高电流容量、更高开关频率和较低成本具有重要意义,是高性能变换器应用中非常有潜力的功率器件类型。 展开更多
关键词 siC MOSFET si igbt 混合器件 损耗模型 功率模块
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SiC MOSFET与Si IGBT器件温度敏感电参数对比研究 被引量:2
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作者 俞恒裕 王俊 +1 位作者 江希 陈建军 《电源学报》 CSCD 北大核心 2020年第4期28-37,共10页
功率半导体器件结温是反映器件健康状态的关键指标。目前被认为具有前景的在线实时结温提取方案是基于器件本身的温度敏感电参数TSEPs(temperature sensitive electrical parameters)法,对于Si IGBT器件温敏电参数的在线实时结温提取方... 功率半导体器件结温是反映器件健康状态的关键指标。目前被认为具有前景的在线实时结温提取方案是基于器件本身的温度敏感电参数TSEPs(temperature sensitive electrical parameters)法,对于Si IGBT器件温敏电参数的在线实时结温提取方法国内外已有大量文献报道,但对于宽禁带SiC器件研究甚少,且对于不同种温敏电参数的特性差异分析极为必要。因此,提出针对不同温敏电参数在SiC MOSFET和Si IGBT上的对比分析。首先对SiC MOSFET的静态和动态温敏电参数进行理论建模分析获取结温敏感依据,后续通过实验多维度对比分析温敏电参数在SiC MOSFET和Si IGBT的适用性。最后就各温敏电参数的提取电路设计进行分析对比。实验结果表明,通态电阻Ron和开通di/dt更适合于SiC MOSFET,而VTH、td-off和VGP更适合于Si IGBT。 展开更多
关键词 siC MOSFET si igbt 温度敏感电参数 结温提取 可靠性
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基于SiC MOSFET/Si IGBT的670V/100kW城轨辅助逆变器的综合比较 被引量:1
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作者 姚文革 王方 +3 位作者 刘阳 李伟杰 马颖涛 刘博 《铁道机车车辆》 北大核心 2021年第4期143-148,共6页
三相全桥逆变器广泛应用于各个领域,特别是轨道交通的牵引变流器系统和辅助变流器系统。利用新一代功率半导体器件如碳化硅(SiC)提升功率密度,使三相逆变器向小型化、轻量化的方向发展。采用SiC MOSFET以减小主回路电感的设计为优化目标... 三相全桥逆变器广泛应用于各个领域,特别是轨道交通的牵引变流器系统和辅助变流器系统。利用新一代功率半导体器件如碳化硅(SiC)提升功率密度,使三相逆变器向小型化、轻量化的方向发展。采用SiC MOSFET以减小主回路电感的设计为优化目标,研制了用于城轨辅助变流的新型逆变器样机,与原有的Si IGBT逆变器进行了结构与电气性能的对比。理论分析和试验测试的结果表明,该逆变器样机的最大输出功率可达132 kW,此时逆变器样机的功率密度相应为1.49 kW/dm^(3)或3.64 kW/kg。 展开更多
关键词 siC MOSFET si igbt 逆变器 回路电感 功率密度
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基于Si IGBT和SiC MOSFET的飞跨电容MMC拓扑及其调制策略 被引量:3
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作者 井开源 林磊 +1 位作者 殷天翔 黄强 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期4060-4071,共12页
降低模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)子模块电容电压波动对提高MMC功率密度,实现MMC轻型化具有重要意义。在降低MMC子模块电容电压波动的方案中,飞跨电容MMC(flying-capacitor MMC,FC-MMC)以其良好的性能得到了... 降低模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)子模块电容电压波动对提高MMC功率密度,实现MMC轻型化具有重要意义。在降低MMC子模块电容电压波动的方案中,飞跨电容MMC(flying-capacitor MMC,FC-MMC)以其良好的性能得到了广泛的关注。基于传统FC-MMC方案,提出了一种采用Si IGBT与SiC MOSFET混合器件的FC-MMC拓扑,该拓扑每个桥臂包括两个SiC子模块及多个Si子模块,减少了SiC功率器件的使用量。进而提出了相应的调制策略,将大部分开关动作转移到SiC子模块,充分利用了SiC MOSFET开关损耗低和Si IGBT导通损耗低的优势,在不过多增加成本的情况下,降低了FC-MMC的总损耗。通过实验和损耗分析验证了所提方案的有效性和可行性。 展开更多
关键词 FC-MMC 混合器件拓扑 改进调制策略 siC MOSFET si igbt 损耗优化
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轨道交通混合SiC IGBT器件与Si IGBT器件应用对比研究 被引量:2
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作者 田伟 谢舜蒙 +4 位作者 陈燕平 张荣 朱武 刘杰 谭一帆 《机车电传动》 北大核心 2020年第5期67-72,共6页
混合SiC IGBT采用SiC肖特基二极管替换传统IGBT器件中的反并联二极管,可以减少二极管反向恢复损耗和IGBT开通损耗,相对于传统的Si IGBT器件,其性能大幅提升,相比于高压大功率全SiC器件,混合SiC IGBT在成本和技术成熟度方面具有较大优势... 混合SiC IGBT采用SiC肖特基二极管替换传统IGBT器件中的反并联二极管,可以减少二极管反向恢复损耗和IGBT开通损耗,相对于传统的Si IGBT器件,其性能大幅提升,相比于高压大功率全SiC器件,混合SiC IGBT在成本和技术成熟度方面具有较大优势。文章根据混合SiC IGBT器件特性开发了符合混合SiC IGBT器件应用需求的低换流回路杂散电感的变流器模块,研究了换流回路杂散电感对混合SiCIGBT开关特性的影响。试验结果表明:变流模块杂散电感对混合SiC IGBT开通振荡电压幅值与持续时间具有较大的影响;使用混合SiC IGBT器件比使用Si IGBT器件可以降低约25%的系统损耗。 展开更多
关键词 轨道交通 混合siC igbt si igbt 杂散电感 损耗 仿真
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SiC MOSFET和Si IGBT的结温特性及结温监测方法研究 被引量:2
6
作者 宁圃奇 李磊 +1 位作者 温旭辉 张栋 《大功率变流技术》 2016年第5期65-70,共6页
为了研究结温对1 200 V SiC MOSFET和Si IGBT输出特性、漏电流、开关特性和器件损耗的影响,搭建了输出特性测试电路、漏电流测试电路和双脉冲测试电路,并针对SiC MOSFET和Si IGBT随结温变化的不同表现,提出了不同的结温监测方法。通过... 为了研究结温对1 200 V SiC MOSFET和Si IGBT输出特性、漏电流、开关特性和器件损耗的影响,搭建了输出特性测试电路、漏电流测试电路和双脉冲测试电路,并针对SiC MOSFET和Si IGBT随结温变化的不同表现,提出了不同的结温监测方法。通过测试发现,SiC MOSFET和Si IGBT的导通压降和漏电流随结温升高而增大;Si IGBT的开通损耗和关断损耗均随结温升高而增大,而SiC MOSFET的开通损耗随结温升高先增大后减小,关断损耗随结温升高而增大;Si IGBT的开关时间随结温变化而单调变化,而SiC MOSFET的开关时间随结温变化没有明显的变化规律。 展开更多
关键词 siC MOSFET si igbt 导通压降 开关时间 结温监测
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SiC MOSFET及Si IGBT串联短路动态特性研究
7
作者 张甜 宋明轩 +1 位作者 冯源 何凤有 《电气传动》 2022年第21期3-7,共5页
针对因器件击穿、控制失效等问题导致的串联短路现象,基于半桥结构分析了SiC MOSFET及Si IGBT不同的串联短路动态分压特性。同时,结合开关过程中电压、电流的变化分析串联短路分压原理,并在输出特性曲线上标注器件的分压路径。实验结果... 针对因器件击穿、控制失效等问题导致的串联短路现象,基于半桥结构分析了SiC MOSFET及Si IGBT不同的串联短路动态分压特性。同时,结合开关过程中电压、电流的变化分析串联短路分压原理,并在输出特性曲线上标注器件的分压路径。实验结果表明,驱动电压、负载电流、母线电压等外部驱动参数对两种器件串联短路分压特性的影响不同,其中反向负载电流改变了串联短路的分压趋势且对串联短路特性影响最大。充分认识器件的串联短路机理对改进短路保护具有现实意义。 展开更多
关键词 碳化硅MOSFET igbt 串联短路
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A 4H-SiC trench IGBT with controllable hole-extracting path for low loss
8
作者 吴丽娟 刘恒 +4 位作者 宋宣廷 陈星 曾金胜 邱滔 张帮会 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期714-718,共5页
A novel 4H-Si C trench insulated gate bipolar transistor(IGBT)with a controllable hole-extracting(CHE)path is proposed and investigated in this paper.The CHE path is controlled by metal semiconductor gate(MES gate)and... A novel 4H-Si C trench insulated gate bipolar transistor(IGBT)with a controllable hole-extracting(CHE)path is proposed and investigated in this paper.The CHE path is controlled by metal semiconductor gate(MES gate)and metal oxide semiconductor gate(MOS gate)in the p-shield region.The grounded p-shield region can significantly suppress the high electric field around gate oxide in Si C devices,but it weakens the conductivity modulation in the Si C trench IGBT by rapidly sweeping out holes.This effect can be eliminated by introducing the CHE path.The CHE path is pinched off by the high gate bias voltage at on-state to maintain high conductivity modulation and obtain a comparatively low on-state voltage(VON).During the turn-off transient,the CHE path is formed,which contributes to a decreased turn-off loss(EOFF).Based on numerical simulation,the EOFFof the proposed IGBT is reduced by 89%compared with the conventional IGBT at the same VONand the VONof the proposed IGBT is reduced by 50%compared to the grounded p-shield IGBT at the same EOFF.In addition,the average power reduction for the proposed device can be 51.0%to 81.7%and 58.2%to 72.1%with its counterparts at a wide frequency range of 500 Hz to 10 k Hz,revealing a great improvement of frequency characteristics. 展开更多
关键词 controllable hole-extracting path energy loss frequency characteristics si C insulated gate bipolar transistor(igbt)
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基于Si和SiC器件的混合型级联多电平变换器及其调控优化方法 被引量:1
9
作者 任鹏 涂春鸣 +2 位作者 侯玉超 郭祺 王鑫 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第18期5017-5028,共12页
针对现有级联型多电平变换器器件多、损耗大、功率密度低等问题,该文提出一种基于Si和SiC器件的混合型级联多电平变换器(HCMC)拓扑结构。HCMC由全Si IGBT器件的中性点钳位(NPC)型三电平单元与由SiIGBT、SiCMOSFET器件混合的级联H桥(CHB... 针对现有级联型多电平变换器器件多、损耗大、功率密度低等问题,该文提出一种基于Si和SiC器件的混合型级联多电平变换器(HCMC)拓扑结构。HCMC由全Si IGBT器件的中性点钳位(NPC)型三电平单元与由SiIGBT、SiCMOSFET器件混合的级联H桥(CHB)单元串联构成。针对此拓扑提出一种特定的高低频混合调制策略,充分发挥SiC MOSFET开关损耗低、SiIGBT通态损耗低的优势,并对NPC单元直流侧电压和CHB单元子模块数进行优化设计。此外,为解决子模块电容电压不平衡问题,提出一种轮换均压控制策略。最后,在6kV系统无功补偿工况下进行仿真和实验,验证了HCMC拓扑结构和调制策略的可行性,并将HCMC和现有级联型多电平变换器进行综合对比,证明了所提拓扑在保证输出性能的条件下大大降低了运行损耗。 展开更多
关键词 混合多电平变换器 si igbt siC MOSFET 混合调制 电压平衡策略
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Review of Si IGBT and SiC MOSFET Based on Hybrid Switch 被引量:5
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作者 Puqi Ning Tianshu Yuan +2 位作者 Yuhui Kang Cao Han Lei Li 《Chinese Journal of Electrical Engineering》 CSCD 2019年第3期20-29,共10页
SiC Hybrid switch(HyS)combines low conduction loss of Si IGBT and low switching loss of SiC MOSFET,and the cost is closer to that of Si IGBT.The promising high performances of HyS will bring considerable achievement i... SiC Hybrid switch(HyS)combines low conduction loss of Si IGBT and low switching loss of SiC MOSFET,and the cost is closer to that of Si IGBT.The promising high performances of HyS will bring considerable achievement in terms of enhancing power density of a converter system.By reviewing the gate drive pattern,gate drive hardware,current sharing,module design,converter design,and cost,this paper introduces state-of-the-art SiC HyS. 展开更多
关键词 Hybrid module siC device si igbt siC MOSFET
原文传递
一种具有阳极NPN的Si/SiC异质结IGBT结构 被引量:1
11
作者 黄洪 李琦 +2 位作者 党天宝 王磊 姜焱彬 《桂林电子科技大学学报》 2021年第1期18-24,共7页
为了降低IGBT的关断时间与导通压降,并且折衷关断损耗与导通压降之间的关系,提出一种具有阳极NPN结构的Si/SiC异质结IGBT器件。该器件在SiC-IGBT的基础上,阳极处引入Si材料,并进行NPN掺杂。Si与N_(Buffer)结合成N-Si/N-SiC异质结,形成阳... 为了降低IGBT的关断时间与导通压降,并且折衷关断损耗与导通压降之间的关系,提出一种具有阳极NPN结构的Si/SiC异质结IGBT器件。该器件在SiC-IGBT的基础上,阳极处引入Si材料,并进行NPN掺杂。Si与N_(Buffer)结合成N-Si/N-SiC异质结,形成阳极NPN三级管结构。相比于SiC的价带,Si/SiC异质结处拥有较高的价带能级,利用异质结价带差,当器件关断时,阳极端可以快速抽取异质结附近的空穴,降低关断时间。此外NPN三级管结构在关断时开启,抽取载流子。在2种抽取载流子途径下,进一步降低了关断时间。Sentaurus TCAD器件仿真结果表明,在电阻负载下,相比传统SiC-IGBT与阳极端NPN结构SNPN-IGBT,关断时间分别降低了13%与36%;在电感负载下,关断损耗分别降低了79%与68%。该器件在NPN的基础上进一步降低关断损耗,器件导通压降有轻微上升,实现导通压降与关断损耗的折衷关系,实现了低损耗、高频率器件性能。 展开更多
关键词 si/siC 异质结 阳极NPN 关断损耗 igbt
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沟槽栅IGBT非晶Si填槽工艺研究与优化
12
作者 汤光洪 高周妙 +2 位作者 罗燕飞 李志栓 周燕春 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第7期534-539,共6页
采用低压化学气相淀积(LPCVD)非晶Si填槽工艺代替LPCVD多晶Si填槽工艺,对沟槽绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件的沟槽进行非晶Si回填,研究并优化了高深宽比非晶Si填槽工艺。分析了LPCVD非晶Si工艺参数如PH3体积流量和沉积时间等对LPCV... 采用低压化学气相淀积(LPCVD)非晶Si填槽工艺代替LPCVD多晶Si填槽工艺,对沟槽绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件的沟槽进行非晶Si回填,研究并优化了高深宽比非晶Si填槽工艺。分析了LPCVD非晶Si工艺参数如PH3体积流量和沉积时间等对LPCVD非晶Si填槽能力的影响,通过调制P掺杂浓度和优化非晶Si淀积时间,得到槽底侧壁与槽口侧壁非晶Si厚度差值为0.022μm的基准非晶Si填槽工艺,优化了LPCVD非晶Si反复多次填槽工艺条件。结果表明,采用优化后的工艺可实现沟槽栅IGBT器件沟槽非晶Si无缝回填,器件的栅极电阻降低了0.150Ω,漏电流降低了1.408 nA,成品率提升了0.4%。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管(igbt) 低压化学气相淀积(LPCVD) 非晶si 填槽工艺 无缝回填 高深宽比
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考虑异质器件混用与输出电平倍增的混合型MMC及其调控方法
13
作者 任鹏 涂春鸣 +3 位作者 侯玉超 郭祺 刘海军 王鑫 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期128-136,共9页
首先,为提高模块化多电平换流器(MMC)输出波形质量、降低装置运行损耗,提出一种基于Si和SiC器件组合应用的混合型模块化多电平变换器(HMMC)拓扑结构。该拓扑每个桥臂包含N个Si绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件的半桥子模块,每相交流侧串联一... 首先,为提高模块化多电平换流器(MMC)输出波形质量、降低装置运行损耗,提出一种基于Si和SiC器件组合应用的混合型模块化多电平变换器(HMMC)拓扑结构。该拓扑每个桥臂包含N个Si绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件的半桥子模块,每相交流侧串联一个直流侧电压为半桥子模块一半的SiC金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)全桥子模块,整体经济性较好。其次,提出一种面向输出电平数倍增的HMMC高、低频混合调制策略,并充分发挥SiC MOSFET开关损耗低的优势,在减小HMMC输出谐波的同时降低整体运行损耗。此外,分析混合调制策略下HMMC异质子模块直流侧能量的波动规律,提出一种高、低频模块直流侧电压稳定控制策略。最后,仿真和实验验证了所提HMMC拓扑结构和调制策略的可行性,并将所提HMMC、基于单一器件MMC和现有HMMC在损耗和成本方面进行综合对比,证明了该方案在降低损耗和减小成本方面优势显著。 展开更多
关键词 模块化多电平换流器 si绝缘栅双极晶体管 siC金属-氧化物半导体场效应晶体管 混合调制 电压平衡控制 效率优化
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基于SiC和Si器件的燃料电池汽车DC-DC变换器的性能 被引量:3
14
作者 周晓敏 马后成 高大威 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 2017年第1期79-86,共8页
为实现燃料电池汽车输出电压、功率的调节与控制,采用了一种交错式双Boost电路的大功率直流-直流(DC-DC)变换器,其中应用了Si和SiC功率器件。基于电路损耗计算和效率仿真手段,对比分析了全SiC[金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器... 为实现燃料电池汽车输出电压、功率的调节与控制,采用了一种交错式双Boost电路的大功率直流-直流(DC-DC)变换器,其中应用了Si和SiC功率器件。基于电路损耗计算和效率仿真手段,对比分析了全SiC[金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件、SiC二极管]、SiC MOSFET和Si二极管的混合器件和全硅Si[绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件、Si二极管]的变换器在电路损耗。结果表明:Si IGBT的开通和关断损耗约是SiC MOSFET的3倍和10倍,在不同工况下,全SiC变换器的转换效率比全Si变换器高1%~3.1%。因而,SiC功率器件在大功率DC-DC变换器的应用中,能够提高功率密度、可靠性和动力系统工作效率。 展开更多
关键词 燃料电池汽车 直流-直流(DC-DC)变换器 交错式双Boost电路 siC金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET) si绝缘栅双极型晶体管(igbt) 电路损耗
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基于SDB技术的新结构PT型IGBT器件研制 被引量:4
15
作者 何进 王新 陈星弼 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第9期877-881,共5页
报道了基于 SDB技术的新结构穿通 ( PT)型 IGBT器件的研制 .运用 SDB技术 ,实现了PT型 IGBT器件的 N+ 缓冲层的优化设计 ,也形成了 IGBT器件的正斜角终端结构 .研制出IGBT器件有较好的电击穿特性和关断特性 .
关键词 igbt 硅片直接键合 PT型 双极晶体管
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IGBT的研究与进展 被引量:1
16
作者 陈利 《中国集成电路》 2022年第12期13-23,28,共12页
本文介绍了现代硅基核心功率半导体器件IGBT的历史演变和新型器件结构的研究进展,阐述了该器件在轨道交通、直流输电和新能源汽车等领域的研发进展和应用现状;最后讨论了IGBT技术面临的技术挑战和发展趋势。
关键词 功率半导体器件 硅材料 绝缘栅双极晶体管 碳化硅
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混合模块及其应用 被引量:2
17
作者 马小亮 《电气传动》 北大核心 2016年第4期3-7,共5页
SiC器件是下一代电力电子器件,目前价高难推广应用,在器件换代过渡期为增大功率及降低成本推出Si和SiC混合模块是现实的解决方案。除价格因素外,SiC器件的高开关速度导致开关过程电压和电流大幅振荡,也为应用带来很大困难,混合模块有助... SiC器件是下一代电力电子器件,目前价高难推广应用,在器件换代过渡期为增大功率及降低成本推出Si和SiC混合模块是现实的解决方案。除价格因素外,SiC器件的高开关速度导致开关过程电压和电流大幅振荡,也为应用带来很大困难,混合模块有助于克服这困难。介绍两种Si和SiC混合模块的应用:硅IGBT和碳化硅BCD混合模块及硅IGBT和碳化硅MOSFET混合模块。另外,还介绍全硅IGBT和MOSFET混合模块的应用,它也能获得Si-IGBT+SiC-MOSFET模块的许多好处。 展开更多
关键词 sisiC混合模块 igbt和碳化硅BCD混合模块 igbt和碳化硅MOSFET混合模块 全硅igbt和MOSFET混合模块
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大功率半导体技术现状及其进展 被引量:11
18
作者 刘国友 王彦刚 +3 位作者 李想 Arthur SU 李孔竞 杨松霖 《机车电传动》 北大核心 2021年第5期1-11,共11页
介绍了现代硅基大功率半导体器件的历史演变和新型器件结构的研究进展,以及宽禁带半导体材料和器件的现状;阐述了国内大功率半导体器件在轨道交通、直流输电和新能源汽车等领域的研发进展和应用现状;最后讨论了大功率半导体技术面临的... 介绍了现代硅基大功率半导体器件的历史演变和新型器件结构的研究进展,以及宽禁带半导体材料和器件的现状;阐述了国内大功率半导体器件在轨道交通、直流输电和新能源汽车等领域的研发进展和应用现状;最后讨论了大功率半导体技术面临的技术挑战和发展趋势。 展开更多
关键词 功率半导体器件 硅材料 晶闸管 门极可关断晶闸管 集成门极换流晶闸管 绝缘栅双极晶体管 金属氧化物半导体场效应晶体管 宽禁带
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