基于开关变压器技术的超大功率无触点电力电子开关模块

本文介绍了一种基于开关变压器技术的高电压大功率的式电力电子开关模块(以下简称开关变压器模块),可用于任何等级的高压交流电压调节、电流调节及功率调节。其主要特征是将电力变压器的开路特性、短路特性与可控硅的开路特性、短路特性结合起来,利用二者性能上的结合创造出耐高压的大功率电力电子开关器件。开关变压器模块的发明相当于发明了一种新的大功率无触点电力电子开关器件,成功地解决了电力电子器件串并联的低可靠性问题,可用于任何高电压大功率调节的场合,且具有极高的可靠性。     

功率开关器件多时间尺度瞬态模型(Ⅰ)——开关特性与瞬态建模

开关模式是电力电子系统实施电磁能量变换的基本模式,功率半导体器件的开关特性则成为这种能量变换的关键属性。从开关特性的角度出发,基于对器件开关特性和对电力电子系统多时间尺度特性的认识,提出一组功率开关器件多时间尺度瞬态模型。根据时间尺度的不同选取不同的瞬态模型来描述器件的开关瞬态过程,并反映不同的开关特性。所提多时间尺度瞬态模型,参数可直接从器件数据手册中提取,对提取方法进行较详细的阐述。所提的功率开关器件多时间尺度瞬态模型在装置和系统的分析设计中具有很强的实用性。     

一种新型MOS控制功率器件

介绍了一种被称为ＭＢＭＴ的ＭＯＳ控制功率器件，它的制造工艺类似于一个功率ＭＯＳ的制造工艺，其材料是在ｎ＾＋衬底上生长ｎ＾－外处层。该器件被设计中常开器件，当外加一个正向栅压时就可使器件通过阳极电流。该器件具有导通电阻低，开关速度快，导通电流密度大的优点，是一种发展前途较大的大电流，高效率开关器件。     

基于Simulink与COMSOL合仿真的MOS场效晶体管瞬态特性分析

功率器件是电力电子系统中的薄弱环节之一,其失效具有明显的多尺度特征,构建能够考虑功率器件多尺度特征的瞬态模型对器件状态监测与老化评估具有重要意义。以MOS场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET)为研究对象,构建了功率器件Simulink与COMSOL场路联合仿真模型,选取以导通电流和导通压降为模型交互信息,实现器件开关信息和宏观物理信息交互作用的器件瞬态特性分析。在此基础上,分析功率器件芯片处均温(壳温)、芯片上表面均温(结温)、导通压降、芯片电阻、焊料层最大位移。结果表明,所构建模型能够有效反映器件开关特性和宏观场间的交互,为器件数字孪生模型奠定基础。     

首片国产六英寸碳化硅MOSFET晶圆在沪诞生

正从临港科技城获悉,第一片国产6 in(1 in约为25.44 mm)碳化硅(SiC)MOSFET晶圆日前在该园区企业上海瞻芯电子科技有限公司诞生。单晶碳化硅是一种新颖的半导体材料,具有高禁带宽度、高击穿场强和高热导率等优良特性,成为制作高温、高频和大功率电力电子器件的理想半导体材料。由于它制成的MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)器件,开关速度数倍于传统硅基产品,因此用它开发出的电动车电控系统重量可减轻约三分之二,体积可缩小80%。     

Si IGBT/SiC MOSFET混合器件及其应用研究

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。     

新型SiGe开关功率二极管的特性分析

提出了一种新型SiGe/Si异质结P－i-N开关功率二极管结构，在分析器件结构机理的基础上，用Medici模拟了该器件的特性。结果表明，该功率二极管具有低的正向压降，较少的存贮电荷，其性能远远超过Si的同类型结构。     

基于GaN器件的固态射频电源应用研究

随着电力电子技术的发展,射频电源由电子管电源发展成现在的晶体管射频电源。氮化镓GaN(gallium nitride)作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表,具有宽禁带、高临界击穿场强、高电子饱和漂移速度以及高导通的AlGaN/GaN异质结二维电子气2DEG(two-dimensional electrons gas)等优点。GaN功率器件与硅(Si)功率器件相比,具有导通阻抗低,输入、输出电容小等特性,这些特性使得GaN功率器件高开关速度、低损耗。在E类功率射频电源的基础上,采用GaN功率器件设计制作了一款开关频率为4 MHz、功率可调的全固态射频电源实验样机。通过电路的设计和优化,样机的输出功率为21.4 W时,效率达到了96.7%;同时,采用专为射频电源生产的Si功率器件替换掉样机上的GaN器件,实验数据验证了GaN器件开关速度快、损耗低,可大幅度提高射频电源的效率。     

IGBT驱动和保护问题

IGBT全称是绝缘栅双极晶体管，随着电力电子技术的发展，已被广泛应用于变频器及相应的电器设备中。作为变频器的核心功率器件，对它的驱动及保护就显得尤为重要。在变频器中，IGBT是作为开关器件使用的，它永远要处于开通与关断的状态中，过渡过程越短越好，若处于放大状态，将由于其承受过大的功耗而瞬间损坏。     

磁开关在开关功率变换器中的应用

磁开关具有独特的物理特性，新型磁开关的材料特性尚未得到深入利用。本文讨论了磁开关在电力电子功率变换主电路中一些应用及其独特优点，并进一步提出将磁开关应用于开关电源控制的概念，给出了一系列可能的新用途。初步研究结果表明，磁开关是具有独特性能的电力电子元件，值得深入展开应用研究，推广前景看好。     

基于GaN FETs的高频半桥谐振变换器分析与设计

随着Si材料半导体器件性能逐步达到瓶颈,宽禁带半导体器件(GaN、SiC)在诸多方面展现出了很好的性能,如低导通阻抗,小输入、输出电容等,这些特性使得GaN和SiC器件能够应用在更高的开关频率条件,从而提高系统的功率密度。针对基于GaN FETs构成的高频半桥谐振变换器进行设计,分析了高频条件下寄生电感参数对系统驱动电压及漏源极电压的影响,同时分析了高频条件下系统电压电流测量所需注意的事项及影响因素,为高频条件下GaN FETs的应用提供一定的帮助。     

碳化硅电力半导体器件在现代电力系统中的应用前景

随着智能电网的建设及可再生能源发电技术的发展,以碳化硅为代表的宽禁带半导体器件以其高功率密度、高电压、高频率、高热导率等优越的物理和电气特性,将在现代电力系统中扮演越来越重要的角色。本文主要介绍了碳化硅功率器件的最新进展,然后对碳化硅功率器件在现代电力系统中的应用前景(可再生能源发电、柔性直流输电、电能路由器、固态断路器)进行了分析和展望。     

基于半导体功率损耗的小型风电变换器可靠性研究

基于半导体功率损耗,针对小型风电永磁电机常用的Boost(Intermediate boost converter,IBC)、Buck-boost(Intermediate buck-boost converter,IBBC)、背靠背(Back-to-back converter,BBC)、矩阵(Matrix converter,MC)变换器可靠性进行分析,确定变换器在特定风速下的失效周期和可靠性。在统计学基础上,建立了变换器元件的故障率统一计算模型。通过计算电力电子器件的开关损耗和导通损耗,确定Boost变换器相对其他变换器具有最高的失效周期。同时确定出变换器组件中,逆变器可靠性是影响变换器可靠性最重要的因素。通过现场数据比较四种变换器可靠性和使用寿命,证明理论分析是正确的。     

宽禁带功率电子器件及其应用专辑特邀主编述评

正相较于传统的硅器件,基于宽禁带半导体材料的功率电子器件在很多方面都体现出了优越的性能,符合功率变换器高效率、高工作温度及高功率密度的发展需求。近几年来,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)功率器件的制造技术发展迅速,多家公司推出了系列商业化产品,宽禁带功率电子器件及其     

变电站直流电源系统现状与展望

变电站直流电源系统从20世纪90年代开始采用高频开关电源装置,距今已经20多年历史,虽然目前已经有发展较为成熟的成套系统如GZDW系列高频开关直流电源,但是仍存在谐波含量大、充电模块故障率高和智能化程度不高等问题。而且目前半导体器件已经发展到第三代的宽禁带半导体器件,变电站直流电源系统却仍停留于第一代硅器件的应用阶段,总体发展进程缓慢。针对变电站直流电源系统及其各模块现状进行研究,具体分析了诸如高性能充电模块、均流技术、谐波与功率因数校正等关键部分所存在的问题,并结合当今技术的潮流提出了对新一代变电站直流电源系统的展望。     

A review on fabrication technologies for the monolithic integrationof tapers with III-V semiconductor devices

The past few years a lot of effort has been put in the development and fabrication of III-V semiconductor waveguiding devices with monolithic integrated mode size converters (tapers). By integrating a taper with a waveguide device, the coupling losses and the packaging cost of OEICs in future fiber-optical networks can be much reduced. This paper gives an overview of different taper designs, the possible fabrication technologies and performances of tapered devices     

200kW/400kHz固态高频感应加热电源

随着大功率半导体器件的发展,固态高频电源在容量和频率两方面都得到很大提高,除在一些特殊应用领域(如高频介质加热等行业)外,固态高频电源完全能取代电子管高频电源,而成为新一代感应加热电源的代表。本文以MOSFET作为逆变器的开关器件,以多管并联的方式开发出容量为50kW的单桥,然后以逆变桥并联的方式研制出200kW/400kHz的逆变器。设计了特殊的大功率驱动电路,实现了对器件多管并联的可靠驱动。采用PI控制的锁相环(PhaseLockedLoop,PLL)方法,实现了对负载频率的准确跟踪和对逆变状态的可靠控制,保证了逆变器的安全。采用高频变压器实现负载阻抗的匹配,不仅保证了逆变器的高输出功率,而且实现了逆变器之间的均流。     

非晶合金永磁电机负载损耗及效率特性分析

为了研究采用非晶合金材料代替硅钢片材料制作铁心后,永磁电机在负载运行时的损耗与效率的变化规律,研制了两台相同结构尺寸参数的非晶合金永磁电机和硅钢片永磁电机。利用实验方法测试了两台电机在相同运行工况下的损耗与效率特性,并借助有限元方法对两台电机不同负载率时的损耗进行了对比分析。结果显示,轻载时,非晶合金永磁电机定子铁心损耗低于硅钢片电机,效率优势明显;但随着负载率的增加,非晶合金电机定子铁心饱和严重,导致绕组磁动势波形畸变,由绕组磁动势谐波引起的损耗高于硅钢片电机,非晶合金电机效率优势随负载率的增加逐渐减小。     

保护电力半导体器件的大容量熔断器参数分析

介绍了我国保护电力半导体器件大容量熔断器的发展方向和要求；讨论和分析了保护电力半导体器件大容量熔断器的额定电压，额定电流，Ｉ＾２ｔ，开断电流的安秒特性，截流电流峰值，电弧电压，频率，温升等主要参数。