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通过三维共封装和增强的dv/dt控制能力释放GaN/SiC级联器件的全部潜力
Unlocking the Full Potential of GaN/SiC Cascode Device With 3D Co-Packaging and Enhanced dv/dt Control Capability
| 作者 | Ji Shu · Jiahui Sun · Mian Tao · Yangming Du · Shi-Wei Ricky Lee · Kevin J. Chen |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | SiC器件 GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | GaN/SiC级联器件 3D堆叠共封装 开关损耗 dv/dt控制 附加电容 |
语言:
中文摘要
为充分挖掘氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN - HEMT)/碳化硅结型场效应晶体管(SiC - JFET)共源共栅器件的快速开关潜力,采用三维堆叠共封装结构来最小化寄生互连电感。这种结构具有降低开关损耗和抑制振荡的优点。配备三维共封装结构后,通过给低压氮化镓高电子迁移率晶体管引入一个额外的栅 - 漏电容 \(C_{GD - LV}\),增强了氮化镓/碳化硅共源共栅器件的 \(dv/dt\) 控制能力。这个额外的 \(C_{GD - LV}\) 改善了输入控制栅电压与结型场效应晶体管栅电压之间的耦合,而这最终决定了氮化镓/碳化硅共源共栅器件的开关速度。实验结果证实,配备三维共封装结构和额外的 \(C_{GD - LV}\) 后,氮化镓/碳化硅共源共栅器件展现出了具有足够 \(dv/dt\) 控制能力的快速开关性能。
English Abstract
To unlock the full fast-switching potential of the GaN-HEMT/SiC-JFET cascode device, parasitic interconnection inductances are minimized with a 3-D stacked co-packaging configuration. This configuration offers the benefits of reduced switching loss and suppressed oscillation. Equipped with the 3-D co-package configuration, the dv/dt control capability of the GaN/SiC cascode device is enhanced by introducing an additional gate-drain capacitor, CGD-LV, to the low-voltage GaN HEMT. This additional CGD-LV improves the coupling between the input control gate voltage and the JFET's gate voltage, which ultimately determines the switching speed of the GaN/SiC cascode device. Experimental results verified the GaN/SiC cascode device, when equipped with the 3-D co-packaged configuration and the additional CGD-LV, demonstrated fast switching capability with adequate dv/dt control.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项GaN/SiC级联器件的3D协同封装技术具有重要的战略价值。该技术通过三维堆叠封装显著降低寄生电感,并引入额外栅漏电容实现精确的dv/dt控制,为我们的核心产品带来多重技术突破机遇。
在光伏逆变器领域,该技术可直接提升产品的功率密度和转换效率。快速开关能力意味着更低的开关损耗,这对于我们追求99%以上转换效率的组串式和集中式逆变器至关重要。同时,优化的dv/dt控制能够有效抑制振荡和电磁干扰,降低对滤波器的要求,有助于实现系统小型化和成本优化。对于储能变流器(PCS)产品,高频开关特性可提升双向变流效率,延长电池循环寿命,这对我们的液冷储能系统和户用储能解决方案具有直接价值。
技术成熟度方面,GaN/SiC级联结构已有一定应用基础,但3D封装与电容优化的协同设计仍处于工程化验证阶段。主要挑战包括:热管理复杂度提升、封装成本控制、以及与现有驱动电路的兼容性。然而,这也为阳光电源提供了差异化竞争的机会窗口。
建议我们在下一代1500V光伏逆变器和大功率储能系统中进行技术预研和样机验证,重点评估其在高温、高湿等实际工况下的可靠性表现。同时,可考虑与器件供应商开展联合开发,针对新能源应用场景定制封装方案,抢占技术制高点,巩固我们在全球逆变器市场的领先地位。