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基于高纯度4H-SiC光导半导体开关的低导通电阻与高峰值电压传输效率研究
Low ON-Resistance and High Peak Voltage Transmission Efficiency Based on High-Purity 4H-SiC Photoconductive Semiconductor Switch
Xun Sun · Longfei Xiao · Chongbiao Luan · Zhuoyun Feng 等11人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年2月
碳化硅（SiC）作为宽禁带半导体，在高性能高压器件领域具有显著优势。本文制备了沟道长度为0.5mm的平面结构4H-SiC光导半导体开关（PCSS），通过线性工作模式验证了其在微波产生及高压功率传输中的可行性与卓越性能，为下一代高功率电子器件提供了技术参考。
解读: 该研究聚焦于4H-SiC材料在高压开关领域的应用，对阳光电源的核心业务具有重要参考价值。随着光伏逆变器和储能PCS向更高电压等级（如1500V及以上）和更高功率密度演进，SiC器件已成为提升系统效率的关键。PCSS技术虽目前多用于脉冲功率领域，但其对SiC材料特性的深度挖掘，有助于阳光电源在下一代高...
基于瞬态电流的SiC MOSFET栅氧化层陷阱对阈值电压漂移影响的研究
Study of the Influence of Different Gate Oxide Traps on Threshold Voltage Drift of SiC MOSFET Based on Transient Current
Chunsheng Guo · Shaoxiong Cui · Yumeng Li · Bojun Yao 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年8月
本文旨在解决SiC MOSFET因栅氧化层陷阱导致的阈值电压漂移问题。通过研究不同陷阱对漂移规律的影响，明确了导致漂移的具体陷阱机制。研究基于瞬态电流分析，为提升SiC功率器件的长期运行稳定性提供了理论依据。
解读: SiC MOSFET是阳光电源组串式逆变器、PowerTitan储能系统及高频充电桩的核心功率器件。阈值电压漂移直接影响器件的开关损耗、并联均流及长期可靠性。该研究揭示的陷阱机理有助于阳光电源在器件选型、驱动电路设计（如负压关断深度优化）及老化监测算法开发中提升产品可靠性。建议研发团队将此机理模型集...
中压电力电子系统中的寄生电容耦合：综述
Parasitic Capacitive Couplings in Medium Voltage Power Electronic Systems: An Overview
Benjamin Futtrup Kjærsgaard · Gao Liu · Morten Rahr Nielsen · Rui Wang 等14人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年8月
随着中压宽禁带半导体器件的发展，高功率转换效率需求日益增长。然而，高dv/dt带来的寄生电容耦合问题对系统电磁兼容性及绝缘可靠性提出了严峻挑战。本文综述了寄生耦合机制及其对电力电子系统的负面影响。
解读: 该研究直接关联阳光电源在高压大功率电力电子设备中的核心技术挑战。随着PowerTitan系列储能系统及集中式光伏逆变器向更高电压等级（如1500V及以上）和更高开关频率演进，SiC等宽禁带器件的应用使得dv/dt效应愈发显著。寄生电容耦合分析对于优化功率模块布局、降低EMI干扰、提升绝缘可靠性至关重...
1.2kV垂直结构氮化镓
GaN）p-n二极管的浪涌电流与雪崩耐受能力
Jingcun Liu · Ruizhe Zhang · Ming Xiao · Subhash Pidaparthi 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年10月
本文报道了基于100mm氮化镓衬底制造的业界首款1.2kV级垂直结构GaN p-n二极管的雪崩与浪涌电流耐受性。该器件面积为1.39mm²，击穿电压达1589V，在非钳位感性开关测试中表现出7.6J/cm²的临界雪崩能量密度，并具备优异的浪涌电流耐受能力。
解读: 随着阳光电源在光伏逆变器和储能PCS领域对高功率密度和高效率的追求，1.2kV垂直GaN器件的成熟具有重要意义。相比SiC，GaN在更高频率下具备更低的开关损耗，该研究验证了其在极端工况（雪崩与浪涌）下的可靠性，为未来在户用光伏逆变器及小型化储能模块中替代SiC器件提供了技术储备。建议研发团队关注其...
具有5.18 GW/cm²创纪录巴利加优值
BFOM）的2.41 kV垂直结构P-NiO/n-Ga2O3异质结二极管
Yuangang Wang · Hehe Gong · Yuanjie Lv · Xingchang Fu 等14人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年4月
本文展示了采用复合终端结构（p-NiO结终端扩展JTE和小角度斜角场板BFP）的高性能p-NiO/β-Ga2O3异质结二极管。通过引入p-NiO JTE结构，器件击穿电压从955V提升至1945V，结合BFP技术进一步实现了2.41kV的击穿电压及5.18 GW/cm²的巴利加优值，展现了氧化镓器件在高压功率电子领域的巨大潜力。
解读: 氧化镓（Ga2O3）作为超宽禁带半导体，其理论击穿场强远超SiC和GaN，是未来高压功率器件的重要演进方向。对于阳光电源而言，该技术若实现产业化，将显著提升组串式光伏逆变器和PowerTitan系列储能变流器（PCS）的功率密度与效率，并降低散热系统成本。建议研发团队持续跟踪氧化镓材料的晶圆制备工艺...
具有0.85 GW/cm²巴利加优值或5A/700V处理能力的β-Ga2O3结势垒肖特基二极管演示
Demonstration of β-Ga2O3 Junction Barrier Schottky Diodes With a Baliga's Figure of Merit of 0.85 GW/cm2 or a 5A/700 V Handling Capabilities
Yuanjie Lv · Yuangang Wang · Xingchang Fu · Shaobo Dun 等15人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年6月
本文报道了首个垂直结构β-Ga2O3结势垒肖特基（JBS）二极管。通过引入热氧化p型NiO层，有效解决了β-Ga2O3缺乏p型掺杂的难题。实验表明，该器件在100×100 μm²面积下实现了1715V的击穿电压，展现了极高的功率处理潜力。
解读: 氧化镓（β-Ga2O3）作为超宽禁带半导体，其击穿场强远超SiC和GaN，在未来高压、高功率密度电力电子应用中具有巨大潜力。对于阳光电源而言，该技术若实现产业化，将显著提升光伏逆变器和储能变流器（PCS）的功率密度，并降低损耗。建议研发团队密切跟踪其垂直器件工艺成熟度，重点关注其在未来高压组串式逆变...
超）宽禁带半导体在极端环境电子学中的应用 ((Ultra)wide-bandgap semiconductors for extreme environment electronics
Rongming Chu · Kevin Chen · Hong Kong · Ronald Schrimpf · Applied Physics Letters · 2025年3月 · Vol.126
宽禁带（WBG）半导体如SiC和GaN因其高击穿电场而在功率电子领域广泛应用。除功率电子外，WBG半导体在辐射、高能粒子及高温等极端环境下电子器件的应用也日益受到关注。为进一步发挥宽禁带优势，Ga2O3、B-Al-Ga-N和金刚石等超宽禁带（UWBG）半导体亦成为研究热点。本专题涵盖（U）WBG半导体的辐射效应、极端温度下的器件性能，以及材料生长、器件制备、电学与结构表征等方面的最新进展。
解读: 该（超）宽禁带半导体极端环境应用研究对阳光电源多产品线具有重要价值。针对ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统，UWBG器件（Ga2O3、金刚石）的高温特性可提升沙漠、热带等高温环境下的系统可靠性，降低散热成本。辐射耐受性研究为光储系统在高海拔、航天等特殊场景应用提供技术支撑。SiC/...
通过应力工程增强柔性AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管阵列的电学性能
Enhanced electrical properties of flexible AlGaN/GaN HEMT arrays via stress engineering
Xiu Zhang · Wei Ling · Junchen Liu · Hu Tao 等5人 · Applied Physics Letters · 2025年8月 · Vol.127
宽禁带半导体因其优异的电学与机械特性，在柔性电子器件中展现出巨大潜力。本文报道了通过深硅刻蚀和晶圆级衬底转移工艺制备的柔性AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）阵列。器件在_VGS_＝1 V时实现最高饱和漏极电流密度达166.5 mA/mm，在_VDS_＝5 V时峰值跨导为42.6 mS/mm，并表现出良好的抗机械变形能力。此外，在面内拉伸应变下，器件性能进一步提升，归因于应变诱导的压电极化调控AlGaN/GaN异质界面二维电子气密度。该结果凸显HEMT在下一代柔性电子，尤其是生物电子...
解读: 该柔性GaN HEMT技术对阳光电源功率器件应用具有前瞻价值。研究中应力工程调控二维电子气密度提升器件性能的机制，可为ST系列储能变流器和SG逆变器中GaN器件的封装应力优化提供理论指导，通过合理设计功率模块封装结构实现应变调控以提升开关特性。柔性HEMT阵列的抗机械变形能力对新能源汽车OBC和电机...
基于可变开关频率控制提升GaN牵引逆变器在电动汽车应用中的效率与功率密度
Variable Switching Frequency Control for Efficiency and Power Density Improvement of a GaN-based Traction Inverter for EV Applications
Philip Korta · Animesh Kundu · Lakshmi Varaha Iyer · Narayan C. Kar · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年6月
宽禁带半导体器件在电动汽车牵引逆变器中因具备更高的能效和功率密度而受到广泛关注。本文研究利用氮化镓（GaN）器件的快速开关特性，进一步提升牵引逆变器的效率与功率密度。建立了GaN逆变器的电热耦合模型，并通过实验验证了其精度，在多数工况下效率误差不超过0.3%或损耗偏差小于100 W。提出一种考虑直流母线电压纹波限制的新型可变开关频率策略，相较固定开关频率方案最高可提升效率5%。结合GaN的高速开关能力，该方法使电容体积减小35.7%，同时提高了驾驶循环效率和逆变器功率密度。
解读: 该GaN可变开关频率控制技术对阳光电源新能源汽车产品线具有重要应用价值。文中提出的电热耦合建模方法和考虑母线纹波约束的变频策略，可直接应用于阳光电源车载OBC充电机和电机驱动系统的优化设计。通过动态调整开关频率，在轻载工况降频减少开关损耗，重载时提频保证性能，可使驱动系统效率提升最高5%，同时电容体...
碳化硅MOSFET的近似SPICE建模
Approximate SPICE Modeling of SiC MOSFETs
Pawel Piotr Kubulus · Janus Dybdahl Meinert · Szymon Beczkowski · Asger Bjørn Jørgensen 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年12月
摘要：近年来，宽带隙（WBG）半导体的应用使SPICE电路仿真软件面临巨大挑战，需要以较低的计算量对快速振荡瞬态进行准确评估。WBG半导体SPICE建模的主要局限之一是现有软件中缺乏内置模型，这迫使人们使用包含大量非线性方程的行为建模。采用这种实现方式会导致高昂的计算成本和收敛性问题。本文提出一种对WBG半导体进行近似建模的通用方法，利用现代开源SPICE软件的功能，通过将非线性模型公式与SPICE模型公式解耦来提高收敛性，并将非线性模型更新的计算成本转移到SPICE软件之外。所提出的建模方法适...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项SiC MOSFET近似SPICE建模技术具有重要的工程应用价值。作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商，我们正大规模采用碳化硅等宽禁带半导体器件来提升产品的功率密度和转换效率。然而，在产品研发阶段，传统SPICE仿真工具在处理SiC器件的快速开关瞬态和高频振荡时面临...
高压电力电子应用中的电气绝缘频域建模研究综述
Frequency-Domain Modeling of Electrical Insulation and Application to High-Voltage Power Electronics: A Review
Xize Dai · Jian Hao · Ruijin Liao · Claus Leth Bak · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年6月
现代电力应用，如高压直流输电、电气化交通和工业系统，越来越依赖宽带隙半导体，这推动了对能够承受高电场和开关电压波形的电气绝缘系统的需求。绝缘系统的可靠设计对于确保高压电力电子设备的高功率密度和运行稳定性至关重要。在多频电压条件下，绝缘材料内部与频率相关的极化动态特性会显著影响宏观介电性能和绝缘性能。本文全面综述了暴露于不同上升时间开关电压波形下的电气绝缘的频域建模方法。文章研究了用于表征与频率相关的极化动态行为的半经验方程和等效电路模型的进展，分析了这些模型的优点、局限性以及对各种应用的适用性。...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这篇关于电气绝缘频域建模的综述论文具有重要的战略参考价值。随着公司在大功率光伏逆变器、储能变流器及高压直流输电系统等产品线的持续升级，宽禁带半导体（如SiC、GaN）的应用已成为提升功率密度和效率的关键路径。然而，这些器件的高频开关特性带来了更严苛的绝缘系统挑战，论文所述的...
宽禁带半导体器件级热管理技术研究进展
Recent Advances in Device-Level Thermal Management Technologies for Wide Bandgap Semiconductor: A Review
作者未知 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年4月
与硅基器件相比，宽禁带（WBG）和超宽禁带（UWBG）半导体器件具有更高的击穿电压和更低的导通电阻，性能优越，使其在电能转换和通信领域极具竞争力。特别是，作为宽禁带半导体代表性材料之一的氮化镓（GaN）已发展到产业化阶段，而诸如氧化镓（Ga₂O₃）等新一代超宽禁带半导体在过去十年中成为电力电子应用领域的热门研究焦点。然而，这些先进半导体器件面临的主要挑战是热管理，尤其是在高功率应用中，热管理问题会导致器件电气性能严重下降和长期可靠性降低。因此，迫切需要有效的热管理技术。本文全面总结了宽禁带和超宽...
解读: 作为光伏逆变器和储能系统的核心供应商，阳光电源产品的功率密度提升与可靠性保障高度依赖于宽禁带半导体器件的热管理技术突破。该综述系统梳理的GaN、Ga2O3等宽禁带及超宽禁带半导体热管理技术，对我司新一代高功率密度逆变器和储能变流器的研发具有重要指导意义。 从业务价值看，这些器件级热管理技术直接关系...
堆叠式强耦合GaN/SiC级联器件及其快速开关与可回收强dv/dt控制
Stacked Strongly Coupled GaN/SiC Cascode Device With Fast Switching and Reclaimed Strong dv/dt Control
作者未知 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年3月
我们提出了一种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，该器件用高质量的氮化镓二维电子气（2DEG）沟道取代了碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC MOSFET）中对性能和可靠性限制最大的低迁移率MOS沟道。与SiC MOSFET相比，GaN/SiC共源共栅器件的p - GaN栅极堆叠结构具有更低的栅极电荷 ${Q}_{\text {G}}$ 、热稳定的阈值电压 ${V}_{\text {TH}}$ 、更小的比导通电阻 $...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项GaN/SiC共栅极级联器件技术具有重要的战略价值。该技术通过将GaN HEMT的高质量二维电子气沟道与SiC JFET结合，有效规避了传统SiC MOSFET低迁移率MOS沟道的性能瓶颈，这对我们的光伏逆变器和储能变流器产品线具有显著的性能提升潜力。 该技术的核心优...
高dv/dt方波电压与高温下局部放电导致的功率模块封装绝缘老化与寿命研究
Aging and Lifetime of Power Module Packaging Insulation Due to Partial Discharge Under High dV/dt Square Wave Voltage and High Temperature
Yi Ding · Yalin Wang · Meng Chen · Lu Fan 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年3月
宽带隙半导体的应用给功率模块在高dV/dt方波电压和高温条件下的封装可靠性带来了挑战。灌封材料中发生的局部放电（PD）是导致封装绝缘老化和失效的主要原因之一。然而，有限的研究聚焦于温度和方波参数对封装绝缘老化原理的影响，确切的机制在很大程度上仍不清楚。为解决这一问题，本文聚焦于功率模块封装绝缘在高dV/dt方波和高温耦合应力下因局部放电导致的老化过程。采用专门设计的下混局部放电检测系统在老化过程中提取局部放电信号。实验结果表明，局部放电的幅值在老化过程中呈波动增长趋势，且在击穿前局部放电活动最为...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于宽禁带半导体功率模块封装绝缘老化的研究具有重要的战略价值。随着公司在光伏逆变器和储能系统中大规模采用SiC、GaN等宽禁带器件以提升功率密度和转换效率，高dV/dt应力下的局部放电问题已成为制约产品可靠性的关键瓶颈。 该研究揭示的局部放电演化规律对阳光电源的产品设...
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