3300V碳化硅肖特基二极管及混合功率模块研制

基于数值仿真结果,采用结势垒肖特基(JBS)结构和多重场限环终端结构实现了3 300 V/50 A 4H-SiC肖特基二极管(SBD),所用4H-SiC外延材料厚度为35 μm、n型掺杂浓度为2× 1015cm-3.二极管芯片面积为49 mm2,正向电压2.2V下电流达到50 A,比导通电阻13.7 mΩ· cm2;反偏条件下器件的雪崩击穿电压为4 600 V.基于这种3 300 V/50 A 4H-SiC肖特基二极管,研制出3 300 V/600 A混合功率模块,该模块包含24只3 300 V/50 A Si IGBT与12只3 300 V/50 A 4H-SiC肖特基二极管,SiC肖特基二极管为模块的续流二极管.模块的动态测试结果为:反向恢复峰值电流为33.75 A,反向恢复电荷为0.807 μC,反向恢复时间为41 ns.与传统的Si基IGBT模块相比,该混合功率模块显著降低了器件开关过程中的能量损耗.     

一种高结终端效率1700V/10A SiC功率MOSFET

设计了一种具有分组缓变间距场限环(MGM-FLR)结终端结构的SiC功率MOSFET,并基于国内现有的SiC电力电子器件工艺平台进行了流片,完成了1 700 V/10 A SiC功率MOSFET样品的制备。测试结果表明,MGM-FLR结构有效调制并优化了结终端区域的表面电场强度分布,SiC MOSFET漏电流为1μA时最大击穿电压达到2 400 V,为理想平行平面结击穿电压的91%。器件的比导通电阻约为36 mΩ·cm²,阈值电压为2.9 V。对制备的SiC功率MOSFET进行了150℃、168 h的高温反偏(HTRB)可靠性测试评估,实验前后的击穿电压变化量不超过100 V,初步验证了MGM-FLR结终端结构的鲁棒性和可行性。     

SiC器件在大功率LD驱动源模块中的应用

介绍了SiC功率器件的应用优势并将其应用到了大功率LD驱动源模块中;对SiC MOSFET的开关参数及特性进行了分析,并设计了一种简单实用的SiC隔离驱动。本文应用SiC器件设计了一款120V/120A全SiC LD驱动源模块,功率模块主电路拓扑采用四路交错并联Buck电路,电路中的开关管和二极管全部使用SiC功率器件,功率模块最高效率达到98%。     

一种低压音频放大器的设计

基于CMOS工艺设计一种单声道、桥式(BTL)输出的低压音频放大器,工作电压为2.0～5.5 V。整体功能包含：基准偏置、共模偏置、开关控制、过温保护及功率放大器模块。芯片内部包含两个基准偏置电路：过温保护模块采用一个单独的基准偏置电路,其余电路模块共同使用另外一个基准偏置电路。电路发生过温保护关断时,过温保护模块可以保证电路随温度降低后的功能恢复。整体电路的开启与关断,受开关模块的控制,关断模式下所有电路实现静态关断。采用国内0.5μm CMOS工艺完成流片,测试结果表明：3Ω负载下最大输出功率3.3 W,关断电流0.6μA,失调电压15 mV,电源电流6 mA,电源抑制比60 dB。     

一种低温度系数曲率补偿带隙基准电路

设计了一种输出电压为0.72 V、带曲率补偿的带隙基准电路,该电路适用于收发器等数模混合电路。基于SMIC 0.18μm CMOS工艺,对电路进行了仿真和测试。结果表明,电路工作在1.5 V电源电压下时消耗100μA的电流,在1.3~1.8 V电压下以及-40℃~125℃温度范围内,可获得1.12×10-5V/℃的温度系数,电源抑制比为84 dB。     

系统工程中先进的功率半导体器件新的发展方向

本文对近来提出的一些器件的基本原理进行了比较，这些器件包括超大型金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）和碳化硅（SiC）器件。所有这些器件的阻断电压都能达到1000V，以优化设计可适合于不同的应用领域。最新一代的CoolMOS在最大电流下可同时获得极高的通态电导率和极快的开关频率，而其阻断电压也在500～800V之间。在很多场合，CoolMOS的杰出的开关性能由于其二极管的动态特性比较差而无法得到应用。因此，一系列碳化硅二极管被设计出来，使开关特性优异的CoolMOS和快速SiC二极管在为理想的组合对象。该二极管的性能随后将被探讨。和硅器件相比，SiC器件展现出优越的性能，极低的导通电阻和很高的击穿电压被认为是碳化硅功率开关器件最突出的特点。阻断电压高达18000V的MOSFETs和结型场效应晶体管（JFETs）其导通电阻分别是47mΩcm^2和14.5mΩcm^2，比较而言，碳化硅器件对系统设计者有吸引力得多。为了在器件实体上描述这些预期的特性，我们在JFETs器件上实现了纵向阻断电压为1800V和通态电阻率为12mΩcm^2的性能。我们将对此进行讨论。     

PWM降压型DC/DC转换器的高层次模型

基于Simulink采用状态矢量加权线性化方法建立了3A/150kHz降压型电流控制PWM开关稳压电源的高层次模型,并根据系统模型,利用Hspice仿真工具,采用Sim-BCD2μm/36V双极工艺对模型进行了设计验证,在12V输入、5.0V2.0A输出条件下的测试结果表明,转换效率达90%以上,输出电压误差可控制在±4%之内。     

一种高线性度超宽带采样/保持电路

设计了一种桥式并-串联级联结构的高线性度、超宽带采样/保持电路。该采样/保持电路包括输入缓冲器、辅助开关和SEF开关三个单元。采用桥式并-串联级联结构改进的辅助开关模块单元,大幅提高了电路的线性度和带宽。该采样保持电路基于0.13 μm SiGe双极型工艺进行设计,-4.75 V和2 V双电源电压供电。仿真结果表明,在100 fF采样电容、6.25 GHz采样频率、10.28 GHz输入频率的条件下,SFDR为69.60 dB,THD为-65.25 dB,-3 dB带宽达 35.43 GHz。     

英飞凌展出配备SiC JFET的功率模块

德国英飞凌科技在东京举行的展会智能电网展2011&新一代汽车产业展2011(举办期间:2011年6月15日～17日)上,展出了各种功率模块。比如,配备SiC JFET的产品和延长了功率循环寿命的产品等。功率模块将耐压为1200V、导通电阻为100mΩ的SiC JFET配备于3枚芯片上。外形尺寸约为2～3mm见方。每枚芯片的电流容量为10A。由于SiCJFET常开工作,因此为实现常开化进行了多段连接。将用于多段     

一种新型的耐高温碳化硅超结晶体管

对SiC BJT的特性和参数进行了分析研究。以GeneSiC公司的1200V/7A SiC超结晶体管为例,详细阐述了其静态特性、栅极控制特性、动态特性及安全工作区。并与目前商用最好水平的Si-IGBT进行了对比研究。SiC SJT在250℃时开关时间小于15ns,325℃时漏电流低于100uA,电流增益高达72,反向偏置安全工作区呈矩形,无二次击穿,具有承受长达22μs短路的能力。以100kHz、800V/7A下进行开关动作时,SiC SJT与 SiC肖特基二极管组合起来的开关损耗,比采用Si IGBT和Si快恢复续流二极管组合的降低64%左右,适合高频工作。