大功率MOSFET管开关过渡过程的分析与仿真

功率MOSFET是理想的开关,在超声波电发生器、高频开关电源、高频焊机等方面使用广泛,但因驱动线路参数设计欠优而使MOSFET管烧坏的情况时有发生.根据器件和电路参数,推导出开关期间的栅极电压、漏极电流和漏极电压的封闭解.通过比较仿真结果,为功率MOSFET的驱动电路设计提供理论指导.     

基于模块导通电阻的碳化硅MOSFET键合线健康状态评估方法

碳化硅MOSFET(SiC MOSFET)作为第三代半导体产品中的关键器件,在越来越多的领域发挥着至关重要的作用。随着SiC MOSFET的功率越来越大和应用的领域越来越多,SiC MOSFET模块的失效问题亟需重视。首先分析了SiC MOSFET模块工作的原理,讨论了SiC MOSFET模块检测的必要性,然后提出了一种基于模块导通电阻的检测方法,该方法可在不拆开模块封装的情况下对模块键合线的健康状态实现监测。为了验证所提方法的有效性,通过剪断不同数量键合线模拟实际键合线断裂程度,测量了键合线处于不同健康状态下的模块导通电阻,同时对温度和导通电流进行了归一化处理,消除了温度对测量结果的影响。     

GaN MOSFET高效谐振驱动电路设计及损耗分析

为了解决GaN MOSFET门极驱动的高损耗问题,对比分析了传统驱动和谐振门极驱动电路,提出一种新型谐振门极驱动电路,通过建立数学模型、LTspice仿真分析以及实验验证所提出门极驱动电路的正确性.其基本原理为利用谐振原理在开关管关断过程中通过L将存储在C中的能量反馈到电源中,使能量得到有效利用,从而减小功率损耗.结果表明:GaN MOSFET开通和关断的时间分别为12 ns和16 ns,能够实现开关管的快速开断;新型谐振驱动电路的门极损耗比传统GaN MOSFET驱动电路的损耗减小了55.56%,比普通谐振驱动电路的门极损耗减小了35.66%.     

碳化硅MOSFET静态特征参数及寄生电容的高温特性研究

为了获取碳化硅(Si C)MOSFET功率器件静态特性及寄生电容随温度的变化规律,以Cree公司第二代1200V/36A碳化硅MOSFET为研究对象,利用Agilent B1505A功率器件分析仪/曲线追踪仪在不同温度下对器件的静态特性及寄生电容进行测量。并基于已有硅(Si)MOSFET的静态特性理论,结合碳化硅材料的温度特性,详细分析了碳化硅MOSFET静态特征参数的温度特性。研究结果表明碳化硅MOSFET的跨导具有与硅器件完全不同的温度特性,并且相比于第一代碳化硅MOSFET,第二代器件的泄漏电流表现出更低的温度依赖性。然而随着温度升高,第二代碳化硅MOSFET的导通电阻较第一代增长更快,但增长依旧远低于硅MOSFET。     

碳化硅MOSFET开关特性分析及杂散参数优化

为改善碳化硅MOSFET开关瞬态特性,最大限度地发挥碳化硅MOSFET性能优势。首先,简单分析了开通电流过冲和关断电压过冲产生机理,并在LTSPICE仿真软件中建立了双脉冲测试回路等效电路模型。仿真结果表明:开通电流过冲和关断电压过冲分别主要取决于上桥臂总杂散电容和回路杂散电感。此外,分析了负载电感的杂散电容与绕制层数的关系。通过Q3D仿真,对比研究了不同直流母排结构以及电容布局方式下的杂散电感。最后基于阻抗分析仪测量,采用谐振频率法计算出负载电感的杂散电容和直流母排的杂散电感。仿真和实验结果均表明:单层负载电感杂散电容最小,环形叠层结构直流母排的杂散电感最小。因此在相同开关速度下,采用优化后的测试平台,器件开关瞬态特性明显得到了改善。     

基于碳化硅MOSFET三相逆变电路损耗新算法

提出了一种三相逆变电路功率开关器件损耗计算的新方法.为了达到将高频电力电子电路和实时仿真算法相结合应用于嵌入式实时仿真平台的目的,针对工程应用中逆变器损耗计算的实时性和精确性要求,该方法以实际电路可采样信号为基础,利用功率开关器件器件手册提供的产品参数,通过采样平均算法计算功率开关器件损耗.将采样算法值与小仿真步长的PLECS仿真结果做对比,结果表明新算法可以较为准确的计算损耗,并进一步提出了在硬件系统性能要求下尽可能保证损耗计算的精度要求的变采样频率算法.     

SiC/SiO2界面态电荷对SiC MOSFET短路特性影响的研究

碳化硅/二氧化硅（SiC/SiO₂）界面态电荷数量的减少有利于降低碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管（SiCMOSFET）的通态电阻和开关损耗,然而沟道电流的提升会给遭遇短路故障的SiC MOSFET带来更大的电流应力。在传统的SiCMOSFET等效电路模型的基础上建立了SiC MOSFET的短路失效模型,该模型考虑了强电流应力下器件内的泄漏电流,并引入了包含界面态电荷的沟道载流子迁移率。利用该模型讨论了SiC/SiO₂界面态电荷对SiC MOSFET短路特性的影响,结果显示界面态电荷的减少缩短了SiC MOSFET短路耐受时间。随后通过从失效电流中分离出不同产生机制下的泄漏电流分量,讨论了界面态电荷对SiC MOSFET短路特性影响的机理。     

分时控制MOSFET固态高频感应加热电源研究

研究了一种采用分时控制方法的MOSFET固态高频感应加热电源,电源输出频率是功率器件工作频率的n倍(采用n个桥分时工作)。利用MATLAB/SIMULINK实现了分时控制的仿真,分析了分时控制的工作状态,对器件功耗进行了理论推导,并对如何实现分时控制进行了介绍,且根据仿真画出了并行控制和分时控制2种控制方式下MOSFET器件损耗的曲线图。仿真结果表明分时控制在实现固态感应加热电源的高频化方面优于并行控制。     

Boost开关电源设计及仿真

在阐述Boost开关电源工作原理的基础上,设计了一个输出电压可调的开关电源电路.针对开关电源设计中所关心的输出电压纹波、开关管场效应管的占空比、主要功能器件(开关管、电感、电容、二极管)功率损耗、效率与电感电容取值的关系、效率与电流负载的关系进行了LTspice仿真,并给出了相应的仿真结果,根据仿真的结果及方法可以进一步提高开关电源电路的效率.     

一种应用于电机开关电源的高效同步整流驱动电路

针对低压大电流多路输出和应用磁放大器调节控制辅助输出电路的开关电源模块,提出一种新型的同步整流驱动电路,以提高该开关电源模块的效率．该电路通过采用电流互感器检测流过磁放大器的电流来优化控制辅助输出电路控制开关MOSFET管和同步整流开关MOSFET管的开通和关断的死区时间,使体二极管导通时间最小,将损耗降低到最小．建立如下参数实验室样机：输入电压：40～60V,输出电压5V,输出电流10A,开关频率200kHz,取得效率高达91％,验证了理论预期．     

宽禁带功率半导体器件技术

碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)是第三代半导体材料的典型代表。与常规半导体硅(Si)和砷化镓(GaAs)相比,宽禁带半导体具有宽带隙、高饱和漂移速度、高临界击穿电场等突出优点,是大功率、高温、高频、抗辐照应用场合下极为理想的半导体材料。该文总结了宽禁带SiC和GaN功率半导体器件研发的最新进展,包括各种功率二极管和功率晶体管。同时对宽禁带SiC和GaN功率半导体器件发展所面临的市场和技术挑战进行了分析与概述,并对其发展前景进行了展望。     

电磁超声相控阵激励源高频隔离驱动电路

为了进一步提高电磁超声相控阵激励源的工作效率,基于半桥拓扑放大结构提出了一种电磁超声相控阵激励源高频隔离驱动电路的设计方法.根据金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)的简化模型,分析了MOSFET在开通和关断过程中的开关损耗,从而给出了高频隔离驱动电路所必须满足的条件.通过采用光纤器件隔离脉冲信号和DC-DC隔离电源对参考电位进行转换,有效解决了驱动电路的高频"浮栅"问题,并利用RC微分电路和施密特反相器设计了驱动信号死区时间可调电路.实验结果表明:设计的驱动电路能够输出频率为1.1 MHz、死区时间为0.32μs、驱动电压为18.8 V、占空比为26%的互补驱动信号,并且在驱动MOSFET栅极的实际应用中,有效降低了功率开关管的功率损耗.     

不同模式下反激式开关电源的分析

为优化反激式开关电源的参数设计,在不同模式反激变换器的参数分析基础上,设计了断续模式和连续模式下的22W多路输出反激式开关电源,推导了两种模式下的电源参数计算方法,分析了功率开关管、高频变压器、次级二极管、输出滤波电容等元器件的损耗机理及计算方法,并对全负载范围内的多组数据进行测量。实验表明,电源纹波电压、工作效率等各项指标均符合要求,性能良好;不同模式下反激变换器的参数分析合理,实验效率曲线与损耗分析结果基本一致。     

基于PSP的MOSFET射频建模

基于PSP模型提出一种新的RF-MOSFET模型。针对实际器件的物理结构,解析提取了RF条件下MOSFET的寄生参量。最终,将模型应用到某工艺线一共源连接n-MOSFET上,在保证PSP精确拟合直流特性的前提下,在高达40GHz的频率下对S参数的仿真和测试结果进行比较,具有一定的精度。     

绝缘栅双极型晶体管IGBT

八十年代发展起来的新型复合器件——绝缘栅双极型晶体管IGBT,采用了双导电机制;它的输入级为一种利用MOS栅控的场效应晶体管,具有MOSFET的高输入阻抗和电压控制的特性;输出级为双极型功率晶体管GTR,具有输出阻抗低和电流密度大的特点,而且它的开关速度又远远高于GTR。共等效电路图如图一所示,因此这种器件可以用逻辑电平信号直接驱动控制较大的功率。具有电压型控制的特点:输入阻抗高、需要的驱动功率小,控制电路简单、导通热胆小饱和压降小、开关损耗低、通断速度快工作频率高、电流容量大耐电流冲击范围宽等诸多的优点。由于IGBT集中了MOSFET与GTR的优点于一体,而扬弃了它们的缺点,故而发展迅速,正日益广泛运用于变换器、逆变器、开关电源等回路中。IGBT取代功率双极型晶体管和功率场效应晶体管已是发展的必然趋势。     

功率MOSFET辐射效应动态测试系统研制

介绍一种基于计算机控制，运用于MOSFET单粒子效应动态测试的便携式仪器。它能对MOSFET在不烧毁情况下进行反复测试，捕捉其烧毁电流脉冲，并可以通过计算机对MOSFET的栅源电压进行连续调节，对漏源过电流保护。论述了测试系统的结构，MOSFET测试电路，电流脉冲的捕捉、计数方法，高共模隔离放大电路等软、硬件设计。     

脉冲压缩磁开关串联系统的优化设计

为了减小功率脉冲电源串联磁开关的铁心总体积与能量损耗,分析了磁开关的工作原理及其工作过程,推导了单级磁开关铁心体积的计算表达式。在分析影响磁开关铁心体积因素的基础上,提出了在所有磁开关铁心材料相同、串联系统总脉冲压缩比一定的情况下,按串联磁开关系统铁心总体积最小原则的优化和按系统铁心总损耗最小原则的优化设计方案。     

高温碳化硅陶瓷涂层的制备和性能

采用涂刷法与氩弧焊熔覆技术相结合方法,在碳/碳复合材料表面制备碳化硅(SiC)涂层,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等技术对SiC涂层的微观结构和物相组成进行了表征。测试SiC陶瓷涂层的抗氧化性能和耐烧蚀性能。结果表明:在原料组分n(SiC)∶n(Si)=1∶0.5时,涂刷预涂层0.6~1mm,氩弧焊电流135A时,碳/碳复合材料表面形成SiC涂层。扫描电镜照片显示涂层与基体结合良好。在1600℃下SiC涂层氧化增重仅为0.8%;氧乙炔火焰烧蚀测试表明制备的SiC陶瓷涂层有良好的耐烧蚀性。     

1/f噪声检测MOSFET静电潜在损伤的理论基础

分析了MOSFET静电损伤的机理，发现在静电应力期间，随着应力次数的增加，在SiO2体内的Si/SiO2界面同时产生潜在损伤积累。Si/SiO2界面较SiO2层体内更容易产生缺陷，而且缺陷浓度更大，用逾渗理论模拟了MOSFET中1/?噪声与边界陷阱浓度的关系，提出了与实验相一致的定性结果，为MOSFET静电潜在损伤的沟通漏源电流1/?噪声检测方法提供了理论依据。     

高效灵巧的SiC基动力转换器系统

宽能带隙碳化硅(SiC)动力设备可在较高的节点温度、高压、高频条件下进行可靠运行,因此,与传统的硅(Si)设备相比,具备更高的功率密度。这些优势使得基于SiC技术的动力转换系统(PCM)具备体积更小、质量更轻、效率更高且结构坚固等特性。研究显示,通过利用SiC设备,可使动力转换系