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储能系统技术 储能系统 ★ 4.0

揭示永磁体封装二极管的表面形貌及反向电流抑制

Revealing Surface Morphology and Suppression of Backward Current in Diodes Packaged With Permanent Magnet

作者 Tian-Ze Miao · Ren-Zhen Xiao · Yan-Chao Shi · Jun Cheng · Kun Chen · Ya-Jiao He
期刊 IEEE Transactions on Electron Devices
出版日期 2025年9月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 二极管 反向电流 典型形态变化 阳极 静电屏蔽槽结构
语言:

中文摘要

目前,二极管中的反流是限制永磁封装高功率微波(HPM)器件应用的一个重要因素。本文通过实验观察了反流导致的二极管典型形态变化,如阴极杆表面的附着形态、微损伤以及溅射产物的成分。结合粒子模拟,揭示了反流与典型形态变化之间的联系,阐明了阳极对二极管稳定性的重要影响。最后,从减缓阳极等离子体运动的角度出发,在阳极上设计了一种静电屏蔽槽结构(ESGS)。实验证明,该方法能有效抑制反流,提高二极管的稳定性。

English Abstract

Currently, backward current in diodes is a significant factor limiting the application of high-power microwave (HPM) devices packaged with a permanent magnet. This article experimentally observed typical morphological changes in diodes, such as the attachment morphology, micro-damage, and composition of sputtered products on the cathode rod surface caused by the backward current. Combined with particle-in-cell simulation, the connection between the backward current and typical morphological changes is revealed, illustrating the important influence of the anode on diode stability. Finally, an electrostatic shielding groove structure (ESGS) on the anode is developed from the perspective of slowing down the anode plasma movement. Experiments proved that this method can effectively suppress the backward current and improve diode stability.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项关于抑制二极管反向电流的研究虽然聚焦于高功率微波器件领域,但其底层技术原理对我们在功率电子器件可靠性提升方面具有重要的借鉴意义。

在光伏逆变器和储能变流器等核心产品中,功率二极管作为关键器件,其反向漏电流特性直接影响系统效率和长期可靠性。该研究通过实验观察和粒子模拟揭示了反向电流引发的表面形貌变化机制,特别是阴极杆表面的附着形态、微损伤以及溅射产物的成分分析,为我们理解功率器件在高压、大电流工况下的失效模式提供了新的微观视角。

论文提出的阳极静电屏蔽槽结构(ESGS)通过抑制阳极等离子体运动来降低反向电流,这一设计思路对我们优化IGBT、SiC MOSFET等新型功率器件的封装结构具有启发性。尽管永磁封装技术在我们现有产品中应用场景有限,但其对器件稳定性的系统性研究方法论值得学习。

从技术成熟度评估,该研究仍处于实验室阶段,直接应用于商业化产品存在较大距离。主要挑战在于:高功率微波环境与光伏储能系统的工作条件差异显著,需要进行大量的适配性研究;静电屏蔽结构的工艺复杂度和成本效益需要评估。

然而,这项研究为我们在极端工况下的器件可靠性设计提供了新思路,特别是在大功率储能系统和高海拔、高温差等恶劣环境应用场景中,深入理解反向电流机理对提升产品竞争力具有长远价值。建议我们的中央研究院功率电子团队持续跟踪相关技术发展动态。