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利用转移的LPCVD生长h-BN缓解AlGaN/GaN HEMT中的自加热效应
Mitigation of self-heating in AlGaN/GaN HEMTs using transferred LPCVD-grown h-BN
Cheng Chang · Kad Dokwan Kook · Chenyang Lin · Xiang Zhang 等5人 · Applied Physics Letters · 2025年1月 · Vol.127
本文报道了一种通过转移低压化学气相沉积（LPCVD）生长的六方氮化硼（h-BN）来有效缓解AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）中自加热效应的方法。将高质量h-BN薄膜集成于器件沟道附近，显著提升了横向热导率，改善了热量耗散。实验结果显示，器件的结温明显降低，连续工作下的温度上升减少了约40%，同时保持了良好的电学性能。该策略为提升第三代半导体器件的热管理能力提供了可行路径。
解读: 该研究提出的h-BN散热方案对阳光电源的GaN功率器件应用具有重要参考价值。通过LPCVD生长h-BN提升横向热导率的方法,可显著改善SG系列高频光伏逆变器和ST系列储能变流器中GaN器件的散热性能,有助于提高功率密度。结温降低40%的效果对车载OBC等对功率密度要求高的产品尤为重要。这一散热创新为...
隔离式电源转换器的趋势与新兴技术
Trends and emerging techniques in isolated power converters
Lin ChengDongfang Pan · 半导体学报 · 2025年1月 · Vol.46
隔离式电源转换器已成为电源集成电路（IC）设计中的研究热点。ISSCC 2025特设“隔离电源与栅极驱动”专题，反映了该领域的快速发展。此类转换器可在不同电压域间安全可靠地传输电能，广泛应用于可再生能源、电动汽车和通信系统。在高电压恶劣环境中，电气隔离可有效抑制浪涌电流与地环路干扰。随着对小型化、高效率和高功率密度需求的提升，集成片上变压器的全集成架构正逐步取代传统模块方案，可在更小面积内实现超过5 kV的隔离能力，并降低系统成本[1]。
解读: 隔离式电源转换器的全集成架构对阳光电源多条产品线具有重要应用价值。在ST系列储能变流器中，集成片上变压器技术可实现辅助电源模块的小型化与高功率密度设计，提升系统集成度；在SG系列光伏逆变器的1500V高压系统中，超5kV隔离能力可增强浪涌抑制与安全防护性能；在SiC/GaN功率模块的栅极驱动电路设计...
高压射频应力下GaN HEMT中阻抗依赖性退化：电热与陷阱机制
Impedance-dependent degradation in GaN HEMTs under high-voltage RF stress: Electro-thermal and trap mechanisms
Linling Xu · Hui Guo · Nanjing Electronic Devices Institute · Jiaofen Yang 等5人 · Applied Physics Letters · 2025年1月 · Vol.127
研究了在高压射频应力下，不同负载阻抗条件下GaN高电子迁移率晶体管的退化行为。实验发现器件退化程度显著依赖于负载阻抗，低阻抗时退化更严重。结合电学与热学分析，表明高阻抗下自热效应更强，但低阻抗时更大的漏极电流导致焦耳热集中和电场加速，加剧了缺陷生成与载流子俘获。通过瞬态电流与脉冲I-V测试，识别出浅能级陷阱的激活是退化主因，并揭示了电热耦合与陷阱响应的协同作用机制。
解读: 该GaN HEMT阻抗依赖性退化机制研究对阳光电源功率器件应用具有重要价值。研究揭示的低阻抗下电流集中导致焦耳热与电场协同加速陷阱生成机制，可直接指导ST储能变流器和SG光伏逆变器中GaN器件的阻抗匹配设计。通过优化负载阻抗避开高退化区域，可提升PowerTitan储能系统和充电桩中GaN功率模块的...
通过低温氮化处理有效抑制AlGaN/GaN MISHEMT中的电流崩塌
Effective Reduction of Current Collapse in AlGaN/GaN MISHEMT via Low-Temperature Nitriding Treatment
Sheng-Yao Chou · Yan-Chieh Chen · Cheng-Hsien Lin · Yan-Lin Chen 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年2月
采用180°C下1小时的低温超临界流体氮化（SCFN）处理，成功将AlGaN/GaN MISHEMT在高场驱动条件（VD=300 V）下的电流崩塌减少了72%。经SCFN处理后，器件关态栅漏电流显著降低，击穿电压提升至710 V（@1 μA/mm），远高于未处理样品的110 V。同时，最大漏极电流、最大跨导分别提升4.6%和2.9%，导通电阻降低11.1%。性能改善归因于AlGaN表面悬键修复及Al2O3/AlGaN界面缺陷态减少。结合XPS、界面态密度（Dit）和栅漏电输运机制分析验证了该机理...
解读: 该低温氮化处理技术对阳光电源GaN功率器件应用具有重要价值。通过SCFN工艺将电流崩塌抑制72%、击穿电压提升至710V，可直接应用于ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器的GaN功率模块设计。电流崩塌的有效抑制能提升器件动态特性，降低开关损耗，对1500V高压系统和三电平拓扑尤为关键。导通电阻降低...
适用于负混合电压接口的3xVDD耐压电源轨ESD钳位电路
3xVDD-tolerant power-rail ESD clamp circuit for negative mixed-voltage interfaces
Hao-En Cheng · Ching-Lin Wua · Chun-Yu Linb · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.229
本文提出并基于0.18 μm、1.8 V CMOS工艺实现了一种用于负电压电源引脚的新型电源轨静电放电（ESD）钳位电路。该电路仅采用1.8 V nMOS和pMOS器件，实现了高达3倍电源电压（3×VDD，即5.4 V）的电压耐受能力，优于大多数现有设计所达到的2×VDD耐压水平。此外，该电路表现出超过8 kV的人体模型（HBM）抗静电能力，并在室温下展现出极低的漏电流，约为0.7 nA，因此非常适用于生物医学电路、混合电压应用以及电源管理系统中的负电压环境。
解读: 该3xVDD容差ESD保护电路技术对阳光电源储能系统(ST系列PCS、PowerTitan)及充电桩产品具有重要应用价值。其负电压接口保护能力可优化混合电压拓扑设计,8kV HBM防护等级满足工业级可靠性要求,0.7nA超低漏电流特性有助于降低储能系统待机损耗。该技术可应用于三电平拓扑的功率器件保护...
基于跨域自适应生成对抗网络的多退化水平光伏阵列故障诊断
Fault diagnosis of photovoltaic arrays with different degradation levels based on cross-domain adaptive generative adversarial network
Peijie Lin · Feng Guo · Yaohai Lin · Shuying Cheng 等7人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.386
摘要 近年来，由于光伏电站运行与维护的重要性，光伏（PV）阵列故障诊断（FD）取得了令人瞩目的进展。然而，由于运行工况复杂，光伏阵列不可避免地会发生渐进式退化，导致输出数据出现域偏移，这对故障诊断性能产生显著的负面影响。为解决上述问题，本研究提出了一种两阶段跨域自适应生成对抗网络深度学习方法，用于不同退化水平下的光伏阵列故障诊断。在第一阶段，利用源域（即无性能退化的光伏阵列）中的正常数据进行训练；随后，在对抗训练过程中将最大均值差异（MMD）损失引入故障生成器，以生成源域故障数据的高层特征表示。...
解读: 该跨域自适应GAN故障诊断技术对阳光电源SG系列光伏逆变器及iSolarCloud智慧运维平台具有重要应用价值。针对光伏阵列性能衰减导致的数据域偏移问题,该方法通过MMD损失函数实现跨域特征对齐,仅需健康状态数据即可生成故障样本进行诊断,准确率达98.34%。可集成至iSolarCloud平台的预测...
理解平面SiC功率MOSFET在雪崩击穿后第三象限工作期间反向导通电压正向偏移的机制
Toward Understanding the Positive Shift of Reverse Turn-on Voltage in the Third Quadrant Operation in Planar SiC Power MOSFETs After Avalanche Breakdown
Wei-Cheng Lin · Yu-Sheng Hsiao · Chen Sung · Chu Thị Bích Ngọc 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年2月
本研究探讨了平面SiC功率MOSFET在超过雪崩击穿条件的高漏极偏压下第三象限特性的稳定性。通过实验测量与TCAD仿真，分析了第三象限运行中反向导通电压（Vrev,on）正向漂移的机理。当漏极偏压从1500 V增至1620 V时，观察到阈值电压（VTH）明显负向漂移，同时Vrev,on出现正向漂移。TCAD仿真表明，该现象源于p阱区高电场引发的碰撞电离效应。进一步引入位于SiO2/SiC界面附近栅氧化层中的正固定电荷作为空穴陷阱后，仿真结果与实验一致。结果表明，雪崩击穿以上高漏压导致的空穴俘获会...
解读: 该研究揭示的SiC MOSFET雪崩击穿后第三象限特性退化机理，对阳光电源功率器件应用具有重要价值。在ST储能变流器和SG光伏逆变器中，SiC MOSFET常工作在硬开关和体二极管续流模式，第三象限反向导通特性直接影响系统效率和可靠性。研究指出的栅氧界面空穴俘获导致Vrev,on正漂移现象，为优化器...
确定寒冷气候下电动汽车最佳电池预热截止温度的系统性方法
A systematic approach for determining the optimal battery preheating cut-off temperature for electric vehicles operating in cold climates
Zhenyi Tao · Cheng Lin · Yu Tian · Peng Xi 等6人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.383
摘要 在寒冷气候下，由于电池在低温条件下性能下降而引发的续航焦虑，严重阻碍了电动汽车（EV）的广泛普及。电池预热被视为解决这一问题的有效手段。然而，由于需要在不同环境条件、电池状态和车辆功率需求之间权衡预热能耗与电池性能恢复效果，确定合理的预热截止温度仍具挑战性。本研究探讨了预热截止温度对电池可用能量的影响，并提出了一种用于确定最佳电池预热截止温度的系统性方法。同时，本文还设计了一种加热策略，旨在最大化电池可利用能量并满足电动汽车冷启动时的功率需求。结果表明，无论采用何种加热系统，所提出的策略均...
解读: 该研究对阳光电源储能系统及充电桩产品具有重要价值。电池预热优化策略可直接应用于ST系列PCS的热管理算法,通过精确控制预热截止温度,在PowerTitan等大型储能系统中平衡加热能耗与性能恢复,提升低温环境下的能量利用率。对充电站业务,可开发智能预热功能,结合iSolarCloud平台实现环境自适应...
考虑尾流延迟特性的海上风电场LPV模型预测控制
LPV Model Predictive Control for Offshore Wind Farms Considering Wake Delay Characteristics
Yang Liu · Jiahao Lin · Ling-ling Huang · Cheng Hua 等6人 · IEEE Transactions on Sustainable Energy · 2025年7月
大规模海上风电场中显著的尾流效应要求充分考虑其延迟特性，而该特性在控制中常被忽视。针对尾流动态演化与风机控制模型参数变化之间的耦合问题，本文提出一种考虑尾流延迟特性的线性参数可变（LPV）模型预测控制方法。通过构建准稳态尾流模型，将尾流延迟特性融入风电场LPV模型，并结合两阶段降维策略简化计算，协同优化疲劳损伤均衡与发电量提升。16台风机的仿真结果表明，所建模型能准确描述尾流延迟的空间分布，所提控制方法在风速风向动态变化下有效捕捉机组间风速延迟与波动特性，显著提高发电量并降低疲劳应力，且相比静态...
解读: 该研究的尾流延迟LPV模型预测控制技术对阳光电源的储能和风电产品具有重要参考价值。首先，其动态建模方法可优化ST系列储能变流器的功率预测算法，提升大型储能电站的调度效率。其次，文中的疲劳损伤均衡策略可应用于PowerTitan系统的电池管理，延长储能设备寿命。此外，该控制方法在处理多设备耦合方面的创...
基于机器学习增强的大规模并行暂态仿真方法用于大规模可再生能源电力系统
Machine-Learning-Reinforced Massively Parallel Transient Simulation for Large-Scale Renewable-Energy-Integrated Power Systems
Tianshi Cheng · Ruogu Chen · Ning Lin · Tian Liang 等5人 · IEEE Transactions on Power Systems · 2024年6月
可再生能源系统（RESs）在向绿色智能电网转型中起关键作用，但其受光照、风速等自然因素影响，具有复杂性与不确定性，给并网带来挑战。电磁暂态（EMT）仿真可有效研究RES并网问题，但现有方法受限于模型非线性和计算复杂度，难以实现大规模精细化仿真。本文提出一种面向数据、结合机器学习的CPU-GPU大规模并行EMT仿真方法，采用人工神经网络构建数据驱动的RES模型，并基于实体-组件-系统架构集成。模型训练依托传统物理EMT模型生成的数据，并通过MATLAB/Simulink验证。将RES元件组建成微网...
解读: 该机器学习增强的大规模并行EMT仿真技术对阳光电源具有重要战略价值。在PowerTitan储能系统和大型光伏电站并网设计中，可快速仿真数百万级SiC逆变器的暂态交互特性，400倍加速性能显著缩短产品开发周期。对ST系列储能变流器的构网型GFM控制策略优化尤为关键，能高效评估微电网场景下多台设备的协同...
一种用于电池管理系统中具有42 ppm/V线性灵敏度的2.69 ppm/℃带隙基准源
A 2.69 ppm/℃ bandgap reference with 42 ppm/V line sensitivity for battery management system
Jing Wang1Feixiang Zhang1Zhiyuan He1Hui Zhang2Lin Cheng1 · 半导体学报 · 2025年1月 · Vol.46
本文提出了一种面向电池管理系统（BMS）的高精度带隙基准源（BGR），具备超低温度系数（TC）和线性灵敏度（LS）。该BGR采用电流模式结构，结合斩波运放与内部时钟发生器以消除运放失调，利用低压差稳压器（LDO）和预稳压器分别提升输出驱动能力与LS性能。通过曲率补偿抑制高阶非线性效应，并在20℃和60℃两点进行修调，结合固定曲率校正电流，实现芯片级超低TC。基于CMOS 180 nm工艺实现，核心面积0.548 mm²，工作电压2.5 V，从5 V电源汲取84 μA电流。在-40℃至125℃范围...
解读: 该超低温度系数带隙基准源技术对阳光电源储能与充电产品线具有重要应用价值。在PowerTitan大型储能系统和ST系列储能变流器的BMS模块中，2.69 ppm/℃的温度系数和42 ppm/V线性灵敏度可显著提升电池电压采样精度，优化SOC/SOH估算算法，增强储能系统在-40℃至125℃宽温域的可靠...
基于体接地耦合效应的GaN基MIS-HEMT绝缘层击穿分析
Analysis of Insulator Breakdown Induced by Body-Grounded-Coupling Effect in GaN-Based MIS-HEMT
Cheng-Hsien Lin · Chien-Hung Yeh · Po-Hsun Chen · Ting-Chang Chang 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年1月
本研究聚焦于D模式氮化镓基金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管（MIS - HEMT）实际运行过程中出现的异常击穿问题。测量统计结果显示，体浮空器件的击穿电压（<inline - formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex - math notation="LaTeX">${V}_{\text {BD}}\text {)}$ </t...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于GaN基MIS-HEMT器件绝缘层击穿机理的研究具有重要的工程应用价值。GaN功率器件凭借其高频、高效、高功率密度特性，正成为我们新一代光伏逆变器和储能变流器的核心技术方向，直接影响系统的功率密度提升和成本优化。 该研究揭示的体接地耦合效应对我们的产品设计具有关键...
陶瓷基板嵌入式SiC功率模块的设计与制造
Design and Fabrication of a Ceramic Substrate-Embedded SiC Power Module
Lisheng Wang · Junyun Deng · Keqiu Zeng · Haoguan Cheng 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年2月
摘要：与传统的引线键合技术相比，宽带隙（WBG）功率模块的嵌入式封装具有更低的寄生电感、更高的开关频率和更低的功率损耗。然而，目前的嵌入式技术存在激光钻孔工艺窗口较窄且可靠性未知的问题。本文提出了一种新的嵌入式封装技术，该技术可使热机械界面应力最小化，并放宽工艺窗口。为此，采用了预烧结芯片顶部系统（DTS）层，以改善激光钻孔工艺窗口，并使顶部互连处的界面应力最小化。为了设计和制造所提出的新型嵌入式功率模块，还研究了不同陶瓷与层压树脂之间的相互作用。此外，通过有限元多物理场模拟分析并比较了所提出的...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于陶瓷基板的SiC功率模块嵌入式封装技术具有重要的战略价值。该技术通过预烧结顶层系统（DTS）实现了更低的寄生电感、更高的开关频率和更低的功率损耗，这直接契合了我们光伏逆变器和储能变流器向高功率密度、高效率方向发展的核心需求。 在技术价值层面，该嵌入式封装相比传统引...
用于支持快速动态运行的带DC/DC接口电解系统的功率控制器设计：基于模型与实验的研究
Power controller design for electrolysis systems with DC/DC interface supporting fast dynamic operation: A model-based and experimental study
Xiang Cheng · Jin Lin · Mingjun Zhang · Liandong Sh 等7人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.378
摘要 由波动性与间歇性可再生能源供电的电解系统，若能快速且准确地跟踪功率指令信号，对于可再生电能制氢（ReP2H）工厂中的能量管理以及作为虚拟电厂（VPP）参与电网频率调节具有重要意义。然而，由于存在电双层（EDL）效应，电解堆功率的变化相对于电流变化存在显著滞后（数秒甚至超过20秒）。这一特性限制了电解系统作为电网灵活负荷的进一步应用。通过在直接连接电解堆的电力电子接口中设计合适的功率控制器以替代传统的电流控制器，有望提升电解堆功率的快速动态响应能力。本文提出了一种统一的碱性水电解（AWE）系...
解读: 该电解制氢功率控制器技术对阳光电源储能-制氢耦合系统具有重要价值。论文提出的功率控制器可将电堆响应时间缩短至0.2秒级,突破传统电流控制模式的双电层效应限制,这与阳光电源ST系列PCS的快速功率调节能力高度契合。技术可应用于:1)PowerTitan储能系统与电解槽的DC/DC接口优化,实现可再生能...