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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8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...
基于性能的功率电感器实验表征与最大效率点检测
Performance-Based Experimental Characterization and Maximum Efficiency Point Detection of Power Inductors
Nicola Femia · Giulia Di Capua · Nunzio Oliva · Luca De Guglielmo · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年1月
本文提出了一种针对硬开关电源中功率电感器表征的新方法。该方法引入了“性能合规运行区域”的概念，通过新的测试流程提供电感器行为与性能的实用洞察，旨在加速功率变换器的设计与优化过程。
解读: 电感器是阳光电源组串式逆变器、PowerTitan及PowerStack储能变流器（PCS）中的核心磁性元件，直接影响变换器的效率、功率密度及温升表现。该文提出的性能合规运行区域表征法，能够帮助研发团队在设计阶段更精准地评估电感在宽负载范围下的损耗特性，从而优化磁性元件选型。建议在PCS及逆变器的高...
一种用于大功率IGBT的自调节栅极驱动器
A Self-Regulating Gate Driver for High-Power IGBTs
Yatao Ling · Zhengming Zhao · Yicheng Zhu · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年3月
本文提出了一种用于硬开关条件下大功率IGBT的自调节电压源栅极驱动（SRVSD）方法。该方法利用高速反馈电路，通过板载FPGA实时识别开关瞬态过程并动态调整驱动电平，从而实现对IGBT开关过程的精确控制，有效优化开关损耗与电磁干扰之间的平衡。
解读: 该技术对阳光电源的核心产品线具有极高价值。在组串式光伏逆变器和PowerTitan/PowerStack等大功率储能变流器（PCS）中，IGBT的开关损耗与EMI控制是提升效率和功率密度的关键。通过引入FPGA控制的自调节驱动技术，可以有效抑制高压大电流下的电压尖峰，提升系统可靠性，并允许在不牺牲E...
含寄生电阻与电感的开关电容功率变换电路分析与优化
Analysis and Optimization of Switched Capacitor Power Conversion Circuits With Parasitic Resistances and Inductances
Yuanmao Ye · Ka Wai Eric Cheng · IEEE Transactions on Power Electronics · 2017年3月
本文研究了由分立元件构成的开关电容变换器（SCC）。寄生电阻和杂散电感不可避免地影响其性能。文中将包含寄生参数的SCC基本单元建模为在充放电状态下交替工作的RLC串联电路，并针对低Q值硬开关SCC的特性进行了分析与优化。
解读: 该研究关注开关电容变换器（SCC）中的寄生参数效应，对提升阳光电源产品中DC-DC变换级的功率密度和效率具有参考价值。在户用光伏逆变器及小型储能PCS中，减小寄生参数带来的损耗是提升整机效率的关键。建议研发团队关注该建模方法，将其应用于优化高频功率模块的布局设计，以抑制杂散电感引起的电压尖峰，从而提...
一种用于降低硬开关条件下SiC MOSFET开关损耗的电流源栅极驱动器
A Current Source Gate Driver for Reducing Switching Losses in SiC MOSFETs Under Hard Switching Conditions
Langtao Xiao · Donglai Zhang · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年12月
本文提出了一种新型电流源栅极驱动器（CSD），旨在解决传统电压源驱动器在SiC MOSFET应用中因固定栅极电阻限制开关速度的问题。该技术通过优化驱动电流，有效降低了硬开关条件下的开关损耗，提升了电力电子变换器的效率。
解读: 随着阳光电源在组串式逆变器和PowerTitan储能系统中大规模应用SiC MOSFET以提升功率密度和效率，栅极驱动技术成为核心瓶颈。该电流源驱动方案能显著降低SiC器件在高频硬开关过程中的损耗，有助于进一步优化逆变器及PCS的散热设计，缩小整机体积。建议研发团队评估该驱动电路的复杂性与可靠性，重...
硬开关工况下共源共栅结构超结MOSFET的评估
Evaluation of Superjunction MOSFETs in Cascode Configuration for Hard-Switching Operation
Juan Rodriguez · Jaume Roig · Alberto Rodriguez · Diego G. Lamar 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2018年8月
本文评估了采用低压硅MOSFET与超结MOSFET构成的共源共栅（Cascode）结构。该结构结合了共源共栅配置的优异开关性能与硅基技术在鲁棒性、成熟度及低成本方面的优势。研究旨在解释并验证该结构如何有效降低超结MOSFET在硬开关工况下的开关损耗。
解读: 该技术对阳光电源的组串式光伏逆变器及储能变流器（PCS）具有重要参考价值。在追求高功率密度和高效率的背景下，硬开关损耗是限制开关频率提升的关键。通过采用Cascode结构，可以在不完全依赖昂贵SiC/GaN器件的前提下，利用成熟的硅基超结MOSFET实现更优的开关特性，从而降低散热压力并提升整机效率...
一种通过低复杂度有源栅极驱动器减少功率开关晶体管过冲和欠冲的自适应方法
An Adaptive Method to Reduce Undershoots and Overshoots in Power Switching Transistors Through a Low-Complexity Active Gate Driver
Erica Raviola · Franco Fiori · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年3月
有源栅极驱动器在硬开关功率晶体管换流过程中能有效抑制过电压和欠电压，并阻尼谐振。然而，其控制策略面临挑战，需兼顾运行条件变化、参数离散性及晶体管非线性。本文提出了一种低复杂度的自适应控制方法，以实现对功率开关瞬态过程的精确优化。
解读: 该技术对阳光电源的核心产品线（组串式/集中式光伏逆变器、PowerTitan/PowerStack储能系统）具有极高价值。随着SiC和高压IGBT在电力电子变换器中的广泛应用，开关过程中的电压尖峰和EMI问题是提升功率密度和可靠性的关键瓶颈。该低复杂度有源驱动方案可直接集成于阳光电源的功率模块驱动板...
900 V 10 mΩ SiC MOSFET的精确量热开关损耗测量
Accurate Calorimetric Switching Loss Measurement for 900 V 10 mΩ SiC mosfets
Jon Azurza Anderson · Christoph Gammeter · Lukas Schrittwieser · Johann W. Kolar · IEEE Transactions on Power Electronics · 2017年12月
本文提出并评估了三种精确（±20%）的量热法开关损耗测量方法，相比传统量热法，该方法能以更快的速度（20-25分钟/点）测量硬开关和软开关损耗。文中对开关损耗测量数据的准确性进行了全面分析，为后续开关损耗数据的准确性评估设定了基准。
解读: 随着阳光电源在组串式逆变器、PowerTitan及PowerStack储能系统中大规模应用SiC MOSFET以提升功率密度和转换效率，开关损耗的精确评估至关重要。该文献提出的高精度量热测量方法，能够有效解决SiC器件在高频、高压工况下损耗测量误差大的痛点。建议研发团队将其应用于新一代高频功率模块的...
闭环 di/dt 和 dv/dt IGBT 栅极驱动器
Closed-Loop di/dt and dv/dt IGBT Gate Driver
Yanick Lobsiger · Johann W. Kolar · IEEE Transactions on Power Electronics · 2015年6月
本文提出了一种在感性负载硬开关条件下实现IGBT确定性开关行为的新概念。该技术是优化开关损耗与电磁干扰（EMI）的关键前提。文中首先回顾了现有的IGBT开关瞬态控制驱动技术，并针对其局限性提出了改进方案，旨在通过闭环控制实现对开关过程的精确调节。
解读: 该技术对阳光电源的核心产品线具有极高的应用价值。在组串式光伏逆变器和PowerTitan/PowerStack储能变流器（PCS）中，IGBT的开关损耗与EMI水平直接决定了整机的功率密度与电磁兼容性能。通过采用闭环di/dt和dv/dt驱动技术，可以有效抑制开关过程中的电压电流尖峰，在不牺牲开关速...
一种基于有源钳位模块的串联SiC MOSFET电压均衡方法
A Voltage Balancing Method for Series-Connected SiC MOSFETs Based on Active Clamping Modules Operating Under Hard Switching Conditions
Yibo Jiang · Shuai Shao · Weiqiang Zhou · Zhi Gao 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年1月
本文提出了一种在硬开关条件下实现串联SiC MOSFET电压均衡的方法。通过引入包含辅助开关和钳位电容的有源钳位模块（ACM），有效解决了开关不同步及换流过程中的电压不平衡问题，并建立了相应的数学模型。
解读: 随着阳光电源组串式逆变器及大功率储能变流器（如PowerTitan系列）向更高电压等级（如1500V/2000V）及更高功率密度演进，SiC器件的应用日益广泛。由于单管SiC耐压限制，串联技术是提升系统电压的关键。该研究提出的有源钳位均衡方案，能有效解决高压工况下SiC器件的动态均压难题，提升功率模...
开关瞬态对GaN HEMT动态导通电阻影响的实验评估与分析
Experimental Evaluation and Analysis of Switching Transient's Effect on Dynamic on-Resistance in GaN HEMTs
Fei Yang · Chi Xu · Bilal Akin · IEEE Transactions on Power Electronics · 2019年10月
氮化镓（GaN）器件的动态导通电阻会导致转换器传导损耗增加，从而降低效率。本文首次通过实验评估了硬开关瞬态对商用高压GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）动态导通电阻的影响，并设计了一种具有快速传感速度的动态导通电阻测量方法。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能产品中对高功率密度要求的不断提升，GaN器件的应用成为关键技术趋势。该研究揭示的硬开关瞬态对动态导通电阻的影响，直接关系到逆变器在实际工况下的效率表现与热设计可靠性。建议研发团队在iSolarCloud运维数据支撑下，将此测量方法引入功率模块的选型测试流程，优...
降低SiC MOSFET开通损耗的电荷泵栅极驱动技术
Charge Pump Gate Drive to Reduce Turn-ON Switching Loss of SiC MOSFETs
Handong Gui · Jingjing Sun · Leon M. Tolbert · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年12月
在硬开关应用中，SiC MOSFET的开通损耗占据了开关损耗的主要部分。受限于栅极电压额定值及较大的内部栅极电阻，传统电压源驱动（VSG）难以有效降低该损耗。本文提出了一种电荷泵栅极驱动（CPG）电路，通过预充电技术有效降低了SiC MOSFET的开通损耗。
解读: 该技术对阳光电源的核心产品线具有显著的优化价值。在组串式光伏逆变器和PowerTitan/PowerStack储能变流器中，SiC MOSFET已成为提升功率密度和效率的关键器件。通过引入电荷泵栅极驱动技术，可以进一步降低高频开关下的开通损耗，从而提升整机效率，并有效缓解高功率密度设计带来的散热压力...
接近击穿电压下GaN HEMT在过压硬开关中的退化与恢复
Degradation and Recovery of GaN HEMTs in Overvoltage Hard Switching Near Breakdown Voltage
Joseph P. Kozak · Qihao Song · Ruizhe Zhang · Yunwei Ma 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年1月
GaN HEMT器件雪崩能力有限，在接近动态击穿电压（BVdyn）的过压硬开关条件下易发生灾难性失效。本文首次对比研究了三种主流GaN HEMT在重复过压开关过程中的参数漂移与恢复特性，揭示了其在极限工况下的可靠性演变规律。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化充电桩产品中对高功率密度要求的提升，GaN器件的应用日益广泛。该研究揭示了GaN在极限过压工况下的退化机制，对于优化逆变器及充电桩的驱动电路设计、过压保护策略及器件选型具有重要指导意义。建议研发团队在设计高频功率模块时，充分考虑动态击穿电压限制，并利用文中提到的恢...
1-kV碳化硅雪崩击穿二极管的性能研究
Performance of a 1-kV, Silicon Carbide Avalanche Breakdown Diode
D. Urciuoli · S. Ryu · D. C. Capell · D. Ibitayo 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2015年9月
本文研制了一种额定击穿电压为1kV的碳化硅(SiC)雪崩击穿二极管(ABD)，旨在改善固态器件在硬开关关断过程中产生的电压瞬变抑制能力。通过在感性负载电路中进行1000次脉冲测试（峰值电流超100A），验证了该器件在峰值脉冲电流、钳位电压及峰值脉冲功率方面的优越性能。
解读: 该研究对于阳光电源的核心产品线具有极高的应用价值。随着公司组串式逆变器和PowerTitan/PowerStack储能系统向更高功率密度和更高开关频率演进，功率器件在硬开关过程中的电压尖峰抑制成为提升系统可靠性的关键。SiC ABD的应用可有效替代传统钳位电路，减小寄生参数影响，提升逆变器及PCS功...
SiC MOSFET体二极管温度相关反向恢复特性用于半桥开关损耗评估
Temperature-Dependent Reverse Recovery Characterization of SiC MOSFETs Body Diode for Switching Loss Estimation in a Half-Bridge
Debiprasad Nayak · Ravi Kumar Yakala · Manish Kumar · Sumit Kumar Pramanick · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年5月
在硬开关MOSFET变换器中，开通损耗是总开关损耗的主要部分。在半桥配置中，随着结温升高，互补MOSFET体二极管的反向恢复效应会导致开通损耗进一步增加。在设计初期准确评估不同工况下的开关损耗对于优化变换器效率和热管理至关重要。
解读: 该研究直接服务于阳光电源的核心产品线，如组串式光伏逆变器和PowerTitan/PowerStack储能系统。随着公司产品向高功率密度和高效率演进，SiC MOSFET已成为提升逆变器效率的关键。该文献提出的温度相关损耗评估模型，能显著提升研发阶段对SiC功率模块热设计和效率预测的精度，有助于优化散...
考虑电容非线性与位移电流的超结MOSFET直流-直流变换器开关损耗分析模型
Analytical Switching Loss Model for Superjunction MOSFET With Capacitive Nonlinearities and Displacement Currents for DC–DC Power Converters
Ignacio Castro · Jaume Roig · Ratmir Gelagaev · Basil Vlachakis 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2016年3月
本文提出了一种新的解析模型，用于预测高压硅基超结MOSFET在硬开关工作条件下的功率损耗和波形。该模型基于半导体数据手册参数及PCB寄生参数，并引入了考虑强非线性电容和位移电流的创新特性，提高了损耗计算的准确性。
解读: 该研究对于阳光电源的核心产品线（如组串式光伏逆变器、PowerTitan/PowerStack储能变流器及DC-DC变换模块）具有极高的应用价值。在追求高功率密度和高效率的趋势下，准确建模超结MOSFET的开关损耗是优化逆变器及PCS拓扑设计的关键。通过该模型，研发团队可更精准地评估器件在硬开关工况...
基于双脉冲和多脉冲的GaN功率器件硬开关与软开关条件下动态导通电阻测试与评估
Dynamic on-State Resistance Test and Evaluation of GaN Power Devices Under Hard- and Soft-Switching Conditions by Double and Multiple Pulses
Rui Li · Xinke Wu · Shu Yang · Kuang Sheng · IEEE Transactions on Power Electronics · 2019年2月
本文针对GaN器件在转换器中的动态导通电阻（RDSON）行为进行了研究。鉴于零电压开关（ZVS）技术在高频功率转换中的广泛应用，研究构建了一个集成硬开关与软开关测试电路的动态RDSON测试平台，并对比评估了两种商用GaN器件在不同开关条件下的性能表现。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能PCS中对高功率密度和高效率的需求日益增长，GaN器件的应用成为提升产品竞争力的关键。本文提出的动态RDSON测试方法对于评估GaN器件在实际高频开关工况下的损耗特性具有重要参考价值。建议研发团队在下一代高频化、小型化逆变器及充电桩产品设计中，引入此类动态测试...
面向硬开关应用的GaN/Si混合开关设计与优化：考虑动态导通电阻与功率损耗
Design and Optimization of GaN/Si Hybrid Switch for Hard-Switching Application Considering Dynamic On-Resistance and Power Loss
Chen Song · Hui Li · Shan Yin · Yingzhe Wu 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年4月
针对GaN器件单管尺寸受限及并联应用挑战，本文研究了GaN/Si混合开关技术。通过分析动态导通电阻及功率损耗，优化了硬开关应用下的驱动与拓扑设计，为高功率密度变换器提供了一种兼顾成本与性能的解决方案。
解读: 该技术对阳光电源的组串式逆变器及户用储能系统具有重要参考价值。随着功率密度要求的提升，GaN/Si混合开关方案有望在小功率段替代纯Si或纯GaN方案，在降低成本的同时提升效率。建议研发团队关注该混合开关在微型逆变器及高频DC-DC变换器中的应用潜力，通过优化驱动电路解决并联均流与动态导通电阻问题，从...