SiC肖特基二极管在升压斩波电路中的应用分析

对碳化硅(SiC)肖特基二极管(SBD)在升压斩波电路中的应用进行了深入研究.实验中分别对普通Si二极管和SiC SBD进行了比较,结果表明,SiC二极管具有良好的动态特性,其反向恢复电流约为普通Si二极管的1/4,同时对IGBT开通时的电流过冲有很好的抑制作用.此外,对载流子寿命对二极管反向恢复的影响进行了仿真分析,...     

动态死区抑制MOSFET反向恢复电流的研究

功率MOSFET器件组成桥臂式拓扑结构时,由于其内部寄生的二极管反向恢复特性较差,开关过程将产生较大的反向恢复电流,引起关断电压尖峰以及漏源极和栅源极之间的振荡.分析了桥臂上下管死区大小与反向恢复电流之间的关系,提出通过动态优化死区来减小反向恢复电流的方法.给出了死区与反向恢复电流关系的初步仿真结果,并基于两种不同反向恢复特性的MOSFET器件进行了实验研究.仿真和实验结果表明,使用动态死区可有效抑制MOSFET器件的反向恢复电流,并减小由反向恢复引起的开关损耗以及关断电压的尖峰和振荡.     

硅与碳化硅二极管在Buck变换器中的对比研究

硅(Si)器件在电力电子变换器中应用广泛,但其性能已接近理论极限。与Si材料制成的Si二极管相比,由新型碳化硅(SiC)材料制成的SiC二极管性能更加优越。对Si二极管和SiC二极管的器件特性,包括通态特性、阻态特性和开关过程这3个方面进行对比,又对两种二极管的损耗分布(导通损耗、阻态损耗和反向恢复损耗)进行了理论计算和对比分析。设计制作了Buck变换器实验样机,对分别采用Si二极管和SiC二极管时的主要波形、损耗、效率和温升进行了对比研究,实验结果进一步验证了SiC二极管的性能优势。     

安森美半导体推出最新650V碳化硅二极管系列产品

正近日,推动高能效创新的安森美半导体(ON Semiconductor)推出最新650V碳化硅(SiC)肖特基二极管系列产品,扩展了SiC二极管产品组合。这些二极管的尖端碳化硅技术提供更高的开关性能、更低的功率损耗,并轻松实现器件并联。安森美半导体最新发布的650V SiC二极管系列提供6安培(A)到50A的表面贴装和穿孔封装。所有二极管均提供零反向恢复、低正向压、不受温度影响的电流稳定性、高浪涌容量和正温度系数。     

基于SiC二极管的移相控制型直流变换器设计

设计并试验验证了一种基于SiC二极管的隔离型移相全桥 DC/DC变换器.该变换器变压器采用交错并联结构以提高功率等级,降低电流电压应力;采用移相全桥电路实现软开关,降低开关损耗,便于提高开关频率以减小磁性元件体积、增加功率密度;此外,二次侧不控整流电路使用SiC二极管,消除了传统不控整流反向恢复的问题.通过分析移相全桥的工作原理,提出了一种基于SiC二极管整流的移相全桥 DC/DC电路设计方法,并研制了１台额定600V 输入、300V 输出的3.6kW 样机,试验结果验证了设计方法的可行性。     

基于SiC二极管的移相控制型直流变换器设计

设计并试验验证了一种基于SiC二极管的隔离型移相全桥DC/DC变换器。该变换器变压器采用交错并联结构以提高功率等级,降低电流电压应力;采用移相全桥电路实现软开关,降低开关损耗,便于提高开关频率以减小磁性元件体积、增加功率密度;此外,二次侧不控整流电路使用SiC二极管,消除了传统不控整流反向恢复的问题。通过分析移相全桥的工作原理,提出了一种基于SiC二极管整流的移相全桥DC/DC电路设计方法,并研制了1台额定600V输入、300V输出的3.6kW样机,试验结果验证了设计方法的可行性。     

并联PiN二极管的温度频率特性建模与分析

针对风电变流器等应用场景,随着功率等级的不断提升,硅PiN二极管的并联使用问题日益突出。然而,并联硅PiN二极管器件的静态参数具有分散性,并联器件间的线路布局存在不均衡性,这些因素都导致并联器件间的电流分布不均,进而引起器件间的损耗和发热不一致,使并联PiN二极管工作于不同的结温。相应地,结温差异会对二极管的反向恢复过程产生影响,并进一步影响并联器件间的电流和结温分布,甚至危害器件和变流器的安全稳定。该文以硅PiN二极管分立器件为研究对象,计及温度影响,建立正向导通损耗和反向恢复损耗的数学模型,以阐释温度对并联PiN二极管电–热平衡的调节机制。然后,针对大注入电流的运行工况,基于导通损耗与反向恢复损耗对温度所呈现出的相反趋势,结合二极管开关频率和工作结温之间的内在制约机制,提出决定并联二极管结温差异发展趋势的"零温度–频率特性"概念。最后,利用实验展示不同温度、不同电流等级下的温度–频率特性,验证该特性的正确性。通过构建并联二极管开关频率与热稳定极限的关系,可为硅PiN二极管的并联设计和使用提供参考,并为模块封装中的结温在线监测提供方法。     

无损软开关无桥Boost PFC变换器的研究

针对无桥Boost功率因数校正(PFC)变换器在高频工作时功率器件开关损耗大、电压电流应力高,提出了一种无源无损软开关Semi-bridgeless Boost PFC变换器,用于实现开关管和功率二极管的软开关,减小二极管反向恢复电流造成的电压尖峰,有效提高转换效率。详细分析了该软开关无桥Boost PFC变换器的工作原理,制作实验样机对电路的有效性进行了验证,实验结果表明所提软开关无桥变换器能有效减小开关损耗,降低元器件的电压电流应力和电磁干扰,效率高于硬开关无桥Boost PFC变换器。     

三电平移相全桥变换器整流二极管RC吸收参数多目标优化设计

传统的整流二极管RC吸收参数设计基于谐振等效电路,不能精确刻画二极管反向恢复过程,RC参数难以优化.为此,基于大功率PIN二极管集总电荷模型,采用多目标优化设计RC吸收电路参数.首先,根据三电平移相全桥变换器拓扑结构及调制方式,分析了RC参数对整流二极管反向电压尖峰的影响规律.其次,基于大功率PIN二极管的集总电荷模型...     

尖峰抑制器在ZVZCS变换器中的应用与设计

输出整流二极管反向恢复带来电压尖峰和电磁干扰(EMI);全桥(FB)移相(PS)零电压开关(ZVS)变换器滞后臂ZVS范围太窄、次级占空比丢失严重。此处提出了使用尖峰抑制器的解决方法,分析了尖峰抑制器抑制二极管反向恢复和提高全桥变换器软开关范围的工作原理,推导了尖峰抑制器设计公式。在设计的4.5 kW电源样机上通过实验表明:尖峰抑制器很好地消除了整流管反向恢复电压尖峰;提高了有限双极性FB零电压零电流开关(ZVZCS)变换器的软开关范围,减少了使用谐振电感带来的占空比丢失。     

SiC和Si混合PiN/Schottky二极管的模拟和设计

介绍一种具有肖特基正向持性和PN结反向特性的新型整流器－混合PiN/Schottky二级管（MPS0，它速度快，击穿电压高，漏电流小，正向压降低，适合功率系统使用。理论分析了该器件的正向导通，反向阻断和击穿特性。主要考虑4H SiC，模拟和优化设计了器件的外延层掺杂浓度和厚,肖特基接触和PN结网格宽度，PN结深度和掺杂浓度等主要的结构参数。     

考虑变温度影响的SiC MOSFET建模与分析

为了准确反映SiC MOSFET在不同温度下的电气特性,对影响SiC MOSFET电气特性的关键参数进行了分析,提出了一种SiC MOSFET等效电路模型。首先,根据SiC MOSFET阈值电压和跨导随温度变化的规律,采用函数拟合的温控电源模型对SiC MOSFET的阈值电压和漏极电流进行补偿;其次,考虑寄生电容与极间电压的关系,采用电容子电路和可变电容模型对SiC MOSFET的寄生电容进行等效模拟,根据SiC MOSFET体二极管对其静、动态特性的影响,利用独立二极管模型描述体二极管特性,进而建立SiC MOSFET的等效电路模型。最后,在不同温度条件下,对该模型进行了仿真并与实验测试结果进行了对比。结果表明所建模型较为准确地描述SiC MOSFET在较宽温度范围内的静、动态特性,验证了模型的有效性。     

基于SiC器件的大功率交错并联Buck电路

交错并联Buck电路能够以较低的开关频率实现高频输出,在与传统的Buck电路输出电流相同的情况下,输出的电流纹波减小,支路电流为主电路的1/2,从而减小了开关管和二极管的电流应力,在一定程度上可以提升电路效率。碳化硅(SiC)作为一种新型材料,可以在高压、大功率、高频、高温条件下应用。在大功率条件下把碳化硅和交错并联Buck电路结合起来,与硅(Si)器件进行对比,通过实验进行验证,结果证明SiC交错并联Buck电路的应用优势。     

Electron transport properties of electrically doped guanine nano-sheet based bio-Zener diode: a first principle paradigm

The quantum ballistic transmission properties of an electrically-doped guanine-nanosheet-based bio-Zener diode are investigated using density functional theory and nonequilibrium Green’s function-based first-principles calculations. The bio-Zener diode is gate-bias modulated, and its various quantum-electronic properties, for example, the V–I characteristic, the transmission spectra, and the device density of states, depend on both the electrical doping concentration and on the applied gate bias voltage. The junctionless highly doped bio-Zener diode shows high levels of reverse-bias current which is dominated by majority charge carriers. It is also found that, due to the presence of a wide bandgap and the backscattering effect, the forward-bias current is highly suppressed. The quantum simulation results confirm a strong reverse gate-bias-modulated biased current–voltage response as well as a charge transport phenomenon through the effective device region. The bio-Zener diode exhibits a specific reverse breakdown that can be varied from ?0.78 to ?3.2 V without affecting the forward current–voltage characteristic. The current findings are obtained by including the coherent tunneling and incoherent hopping processes with a minimal Hamiltonian model approach.

     

Improved active‐diode circuit used in voltage doubler

An improved active‐diode circuit, which makes use of positive feedback to achieve fast on/off transition, is presented in this paper. The proposed active‐diode circuit can be embedded into a voltage doubler to replace the commonly used dead‐time circuit and to eliminate reverse current. In addition, the relationship between oscillation frequency, boosting and output capacitances, load‐ and on‐resistances of the power switch and the output voltage is analysed, to investigate a methodology to retain high voltage gain of a voltage doubler. The proposed active‐diode circuit is applied to a voltage doubler implemented in a commercial 0.35‐µm process with threshold voltage of about 0.68 V. The input voltage, maximum output current and oscillation frequency of the voltage doubler are 1 V, 1 mA and 0.4 MHz, respectively. Moreover, the used boosting and output capacitances are 22 nF. The highest power efficiency achieved is 83% at a load current of 0.47 mA. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

SiC功率器件的研究和展望

分析了碳化硅(SiC)功率器件的研究现状与发展趋势,给出了在SiC功率整流二极管、SiC功率晶体管以及关键工艺中取得的最新研究成果.研制出了具有较好整流特性的SiC肖特基势垒二极管,并对其输运机理和高温特性进行了研究.研制成功了国内第一个SiC MPS二极管,耐压高达600V,正向电压为3.5V时电流密度可达1 000A/cm2.研制出国内第一个SiC MOSFET和第一个SiC BCMOSFET.所制备的SiC BCMOSFET可得到最高为90 cm2/(V·S)的有效迁移率.分析了界面态电荷和界面粗糙对SiC MOSFET反型层迁移率的影响,其结果对提高SiC MOSFET器件特性有一定指导作用.     

局部遮挡条件下的光伏阵列防逆流措施选择

对于光伏发电单元,阴影的遮挡可能导致有逆流通过光伏组件,使组件发热损坏。为了防止逆流的产生,通常的做法是在组件回路设置防反二极管。而设置防反二极管可能导致设备体积增大、工程造价增加、汇流设备温度升高等问题。是否设置防反二极管以及防反二极管的设置位置是工程设计中的重点问题。本文以光伏组件的工程应用模型为基础,给出了在局部遮挡条件下逆流的计算方法,包括不设置防反二极管以及防反二极管设置在直流配电柜的逆流计算方法,根据计算结果以及生产厂商提供的光伏组件的参数,来配置防反二极管,优化设备选型。     

基于SiC MOSFET的移相全桥ZVS变换器

移相全桥ZVS变换器通过软开关技术,显著地减小了开关损耗,并进一步提高装置的效率,得到了广泛应用,但传统移相全桥ZVS变换器在低压大电流情况下整流二极管导通损耗较大。首先采用同步整流技术,降低了次级整流管的导通损耗;然后采用在原边加箝位二极管的方法抑制了副边整流管两端的电压尖峰;并且采用在原边串联隔直电容的方法抑制直流分量;最后用Saber搭建SiC MOSFET半桥模块的仿真模型,通过MATLAB和Saber协同仿真来验证高频下SiC MOSFET的工作特性。     

InP基PIN开关二极管结构设计与制备

开关二极管是微波控制电路中的一种应用最普遍的控制器件,它可以实现近似短路和开路的功能.Ⅰ层厚度对PIN二极管的器件特性具有重要的影响.利用Silvaco TCAD软件对InP基PIN开关二极管器件结构进行建模仿真,分析不同1区厚度对二极管的电流电压特性的影响,得出最优值.利用化合物半导体材料外延与器件工艺平台,制备出InP基PIN开关二极管器件,直流特性测试结果表明,PIN开关二极管的开启电压为0.525 V,反向击穿电压大于12 V.为进一步实现毫米波开关电路奠定了基础.