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安全工作区外重复过电压硬开关下SiC MOSFET参数退化特性与机理
Parameter Degradation Characteristics and Mechanisms of SiC MOSFETs under Repetitive Overvoltage Hard-Switching Beyond Safe Operating Area
张岩薛少鹏李阳李现亭刘进军 · 电工技术学报 · 2025年1月 · Vol.40
受寄生电感或串联器件分压不均影响，SiC MOSFET可能承受超出安全工作区的短时过电压硬开关应力，导致参数退化或失效。现有可靠性研究多集中于安全工作区内长期静态工况，难以准确评估实际寿命。本文研究两种额定电压SiC MOSFET在过电压硬开关下的退化机制，并与栅极开关应力及静态过电压实验结果对比。结果表明：第一象限工作器件因栅氧化层退化，阈值电压Vth和导通电阻RDS(on)下降，栅极漏电流IGSS与漏极截止电流IDSS上升，动态特性随之改变；第三象限工作器件因堆垛层错扩展导致体二极管正向压降...
解读: 该研究揭示的SiC MOSFET过电压硬开关退化机理对阳光电源功率器件应用具有重要价值。在ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器中，母线电压波动、寄生电感振荡及串联器件分压不均常导致SiC器件承受瞬态过电压应力。研究发现的热载流子注入导致Vth和RDS(on)退化、体二极管压降增加等机制，可指导Po...
提升基于IGCT的高功率应用中的关断性能——第一部分：超低电压下的异常大电流关断模式与安全工作区扩展
Enhancing Turn-Off Performance in IGCT-Based High Power Applications—Part I: Anomalous High Current Turn-Off Mode and Safe Operating Area Expansion at Ultra-Low Voltage
Jiabin Wang · Lvyang Chen · Xiangyu Zhang · Jiapeng Liu 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年11月
集成门极换流晶闸管（IGCT）以其低导通态电压和高浪涌电流能力而闻名，但历史上，其关断电流能力有限限制了它们的应用。本文研究了IGCT在超低电压条件下的一种异常高电流关断模式。通过全面的理论分析和仿真，证明了IGCT在超低电压下能够实现数倍于其额定电流的关断能力，突破了传统上对严格门极换流条件的要求。这一发现显著扩大了IGCT的安全工作区（SOA），为优化其在高功率应用中的使用提供了新视角。本文的研究结果为姊妹篇论文奠定了基础，姊妹篇论文将利用这一现象探索进一步提高IGCT关断性能的混合开关设计...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于IGCT器件关断性能提升的研究具有重要的战略价值。IGCT作为高压大功率半导体器件，其低导通压降和高浪涌电流能力一直是大型光伏逆变器和储能变流器的理想选择，但关断电流能力不足始终制约着其在超大功率应用场景中的推广。 该研究发现的"超低电压条件下异常高电流关断模式"...
基于热平衡的IGBT功率模块安全工作区及其退化评估方法
Thermal Balance-Based Evaluation Method for Safe Operating Areas and Its Degradation of IGBT Power Module
Tongyao Han · Yifei Luo · Binli Liu · Hao Yuan 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年4月
针对IGBT功率模块在短时过载时的热应力和电热特性强非线性,数据手册二维安全工作区(SOA)无法满足可靠性评估需求。提出基于热平衡原理的SOA定量评估方法,建立包含电压、电流和结温的三维SOA防止IGBT热失效。所提SOA表明IGBT可在超额定电流两倍以上安全运行,结温可超448.15K(175°C)而不发生热失效。建立器件热不稳定性表征准则和半导体物理-热传导理论集成的净热流分析模型,考虑长期运行中电热特性退化对SOA的影响。仿真和实验验证了SOA及其退化有效预测短时过载下IGBT可靠性。
解读: 该IGBT三维安全工作区评估技术对阳光电源IGBT功率模块应用有重要可靠性保障价值。热平衡SOA方法可应用于ST储能变流器和SG光伏逆变器的IGBT选型和过载保护设计,提高短时过载能力。电热耦合退化模型对PowerTitan大型储能系统的长期可靠性预测和维护策略制定有指导意义。该技术对阳光电源功率模...
功率MOSFET器件中传热与热失控的理论与仿真研究
Theoretical and Simulation-Based Investigation of Heat Transfer and Thermal Runaway in Power MOSFET Devices
Arun Narasimhan · Rajesh Rao · Ankur Jain · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2024年12月
预测功率金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）器件的温度上升对于确保其可靠性和性能以及防止热失控至关重要。虽然通常会为功率MOSFET的运行规定安全工作区（SOA），但通过实验确定安全工作区内防止热失控的漏极电流限制非常繁琐，而且常常会导致多个测试器件在达到极限时损坏。因此，仍然需要强大而准确的理论工具来预测实际功率MOSFET中的最大允许漏极电流。本研究通过解析和数值传热建模来满足这一重要需求。基于沟道区域周围半无限介质中一维热流的简化假设，采用拉普拉斯变换技术推导出器件中瞬...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于功率MOSFET热传导和热失控预测的研究具有重要的工程应用价值。功率MOSFET是光伏逆变器和储能变流器中的核心功率器件，其热管理直接关系到系统的可靠性、效率和寿命。 该研究的核心价值在于提供了两种互补的热分析方法：基于拉普拉斯变换的解析解和数值仿真模型。这使得我...