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级联GaN HEMT短路失效的物理机理研究
Physical Understanding on Short-Circuit Failure for Cascode GaN HEMTs
Xuanting Song · Jun Wang · Gaoqiang Deng · Yongzhou Zou 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年12月
短路耐受能力是开关电源中功率器件的重要指标。针对硅基和碳化硅MOSFET已有广泛研究，但对由硅MOSFET与耗尽型GaN HEMT（DHEMT）构成的级联GaN高电子迁移率晶体管，其短路失效机制尚不明确。本文通过实验与数值模拟相结合的方法，分别提取两种器件的电学特性，揭示级联结构在短路过程中的电热失效机制。结果表明，DHEMT承受的电热应力远高于硅MOSFET，更易发生热失效。进一步的热-力耦合仿真显示，异质结层间热膨胀系数差异引发的机械应力是导致DHEMT失效的根源。此外，分析了栅极控制机制对...
解读: 该级联GaN HEMT短路失效机理研究对阳光电源功率器件应用具有重要指导价值。研究揭示的DHEMT热应力集中和异质结热膨胀失配机制，可直接应用于ST系列储能变流器和SG光伏逆变器的GaN器件选型与保护设计。针对短路鲁棒性与导通电阻的折衷设计指导，有助于优化PowerTitan大型储能系统的功率模块热...
一种基于SiC衬底、采用钨栅的高性能p沟道GaN MESFET，在525 K下工作并具有高ION/IOFF比
A Performance-Enhanced p-Channel GaN MESFET With Tungsten Gate and High ION/ IOFF Ratio on SiC Substrate Operational at 525 K
Huake Su · Tao Zhang · Shengrui Xu · Yachao Zhang 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年7月
在本文中，首次展示了一种基于碳化硅（SiC）衬底的常关型 p 沟道氮化镓（GaN）金属 - 半导体场效应晶体管（MESFET），其具有高的 ${I}_{\text {ON}}$ / ${I}_{\text {OFF}}$ 比和无势垒欧姆接触。与基于硅（Si）衬底的极化增强型 p - GaN/AlN/AlGaN 相比，基于 SiC 衬底的相同设计外延片，其表面电位从 11 mV 降至 - 368 mV，同时接触电阻（ ${R}_{C}\text {)}$ ）降低了 1.9 倍，这是由与位错相关的电...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项p沟道GaN MESFET技术具有重要的战略参考价值。该技术实现了常关型p沟道器件，结合n沟道器件可构建互补型CMOS架构，这为我们在光伏逆变器和储能变流器中追求更高功率密度和效率提供了新的技术路径。 该器件在SiC衬底上实现了3.3×10⁷的超高开关比和83 mV/...
一种用于硅/碳化硅混合开关的主动串扰抑制门极驱动电路
An Active Crosstalk Suppression Gate Driver Circuit for Si/SiC Hybrid Switch
作者未知 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年5月
由并联的硅（Si）绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和碳化硅（SiC）金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）组成的混合开关（HyS），近年来因其高效率和低成本而受到越来越多的关注。然而，由于器件特性的独特表现和差异，HyS 在运行过程中产生的串扰会显著降低系统可靠性。为解决串扰问题，本文分析了 HyS 中的串扰效应，并建立了 HyS 的串扰模型。设计了一种栅极驱动电路来抑制 HyS 中的串扰，并详细阐述了其工作原理。该驱动电路简化了硬件设计，同时有效解决了 HyS 中的串扰问题。L...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项Si/SiC混合开关的有源串扰抑制技术具有重要的战略价值。当前光伏逆变器和储能变流器正面临效率提升与成本控制的双重压力，纯SiC方案虽然性能优异但成本居高不下，而Si IGBT与SiC MOSFET并联的混合开关方案恰好提供了一条兼顾性能与经济性的技术路径。 该论文针...
基于先进η-ρ-σ多目标优化技术的硅与碳化硅光伏逆变器系统全生命周期成本分析
Comparative Life Cycle Cost Analysis of Si and SiC PV Converter Systems Based on Advanced η-ρ-σ Multiobjective Optimization Techniques
Ralph Mario Burkart · Johann W. Kolar · IEEE Transactions on Power Electronics · 2017年6月
本文提出了一种电力电子变换器系统的虚拟原型设计方法，通过效率、功率密度和成本的多目标优化，对不同变换器概念进行系统性基准测试。该框架基于详细且经实验验证的模型，重点对比了硅（Si）与碳化硅（SiC）器件在光伏逆变器中的应用表现。
解读: 该研究直接契合阳光电源在组串式及集中式逆变器中对SiC器件的应用趋势。通过η-ρ-σ多目标优化，可为公司在产品研发阶段平衡效率提升与成本控制提供理论支撑。对于PowerTitan等储能系统及高性能光伏逆变器，利用该虚拟原型设计方法能有效缩短研发周期，优化功率模块布局，提升系统功率密度。建议研发团队引...
共源共栅GaN HEMT在非钳位感性开关下的鲁棒性
Robustness of Cascode GaN HEMTs in Unclamped Inductive Switching
Qihao Song · Ruizhe Zhang · Joseph Kozak · Jingcun Liu 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年4月
浪涌能量鲁棒性对汽车动力总成和电网等应用至关重要。与Si和SiC MOSFET不同，GaN HEMT缺乏雪崩能力，主要依靠过压能力承受浪涌能量。本文对共源共栅GaN HEMT在非钳位感性开关（UIS）条件下的浪涌能量鲁棒性进行了全面研究。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及电动汽车充电桩领域对高功率密度和高效率的需求日益增长，GaN器件的应用潜力巨大。本文针对GaN HEMT在UIS条件下的鲁棒性研究，为阳光电源在设计高频、紧凑型功率变换模块时提供了关键的可靠性评估依据。建议研发团队在引入GaN器件时，重点关注其过压耐受特性，并优化驱动电...
基于LTCC的碳化硅功率模块集成电流传感器
LTCC Based Current Sensor for Silicon Carbide Power Module Integration
Peng Sun · Xiang Cui · Si Huang · Pengyu Lai 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年1月
电流传感器集成可显著提升功率模块的功率密度与可靠性。针对现有传感器难以适配碳化硅（SiC）模块的问题，本文提出了一种基于低温共烧陶瓷（LTCC）的低剖面、可安装电流传感器，并对其电流容量、带宽、电气绝缘及热特性进行了验证。
解读: 该技术对阳光电源的SiC功率模块应用至关重要。随着PowerTitan系列储能系统及组串式逆变器向更高功率密度演进，SiC器件的应用日益广泛，但高频开关带来的电流检测难题限制了系统性能。LTCC集成电流传感器方案能够实现紧凑的电流采样，减少寄生参数，提升系统动态响应与保护精度。建议研发团队关注该传感...
混合型有源中点钳位
ANPC）逆变器异常输出电压的消除
Min-Geun Song · Seok-Min Kim · Kyo-Beum Lee · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年5月
本文提出了一种消除三电平混合型有源中点钳位（ANPC）逆变器异常输出电压的方法。该拓扑通过将传统ANPC中的部分硅基（Si）器件替换为碳化硅（SiC）器件，实现了高开关频率和低功率损耗的优势。
解读: 该研究针对混合型ANPC拓扑中SiC器件应用带来的异常电压问题，对阳光电源的高功率密度组串式逆变器及大型集中式逆变器具有重要参考价值。随着阳光电源在光伏逆变器中大规模引入SiC器件以提升效率和功率密度，该技术方案有助于优化驱动逻辑与调制策略，提升产品在复杂工况下的输出波形质量与可靠性。建议研发团队在...
碳化硅功率MOSFET在25°C至375°C线性模式下的电热相互作用机制：理论分析、实验验证与封装效应
Electrothermal Interaction Mechanism for SiC Power MOSFET in Linear-Mode Operation From 25°C to 375°C: Theoretical Analysis, Experimental Verification and Packaging Effect
Fengtao Yang · Laili Wang · Zizhen Cheng · Mengyu Zhu 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年8月
功率器件的高温能力是提升变换器功率密度的有效途径之一。热失控是线性模式下硅基MOSFET高温运行中的常见问题，但在碳化硅（SiC）器件中的表现尚不明确。本文首次系统研究了SiC功率MOSFET在25°C至375°C结温范围内线性模式下的电热相互作用机制，建立了理论模型，并通过半导体物理仿真与实验验证了其有效性。同时分析了封装参数对高温转换性能的影响，提出一种热敏感度控制方法，有望实现高灵敏度结温检测，为高温及超高温SiC应用提供理论依据与设计指导。
解读: 该SiC MOSFET高温电热相互作用机制研究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，SiC器件的高温运行能力直接影响系统功率密度和可靠性。研究提出的25-375°C全温域理论模型和热敏感度控制方法，可指导阳光电源优化功率模块设计，避免线性模式下的热失控风险。...
电动汽车充电系统中宽禁带器件维也纳整流器的可靠性测试
Reliability Test on Vienna Rectifier for Wide Bandgap Devices in EV Charging Systems
Bharaneedharan Balasundaram · P. Suresh · Parvathy Rajendran · It Ee Lee 等5人 · IEEE Access · 2024年12月
本研究考察维也纳整流器配置中几种电子元件的可靠性，这是功率转换系统的关键拓扑。由于当今电力电子对效率、功率密度和运行可靠性要求更高，元件选择越来越重要。研究包括极端可靠性测试如温度循环、电气过载和高频长时间运行。GaN MOSFET在多方面优于Si和SiC MOSFET，如降低导通和开关损耗、更好热管理和随时间更一致的性能。虽然GaN MOSFET总体和特别在高频高温下性能更好，SiC MOSFET相比传统Si器件显示一些改进。电容、二极管、MOSFET和电感在不同应力条件下测试可靠性。二极管和...
解读: 该宽禁带器件可靠性研究对阳光电源充电桩产品具有核心价值。阳光在电动汽车充电领域布局快充桩和充电站，GaN和SiC器件是关键技术。该维也纳整流器可靠性测试结果验证了阳光SiC/GaN器件应用策略的正确性。阳光可优化充电模块设计，采用GaN器件提升高频性能和功率密度，降低热应力和提升系统可靠性，支持80...
基于宽禁带晶体管的Buck变换器中用于提升功率密度和效率的高电流纹波技术
High Current Ripple for Power Density and Efficiency Improvement in Wide Bandgap Transistor-Based Buck Converters
Bernardo Cougo · Henri Schneider · Thierry Meynard · IEEE Transactions on Power Electronics · 2015年8月
随着宽禁带（WBG）器件的普及，电力变换器设计迎来了新机遇。相比硅基器件，WBG器件具备更快的开关速度，可显著提升变换器的效率与功率密度。本文探讨了如何通过优化电流纹波设计，充分发挥WBG器件的性能优势，实现更紧凑、高效的功率变换方案。
解读: 该研究直接契合阳光电源在光伏逆变器及储能PCS领域对高功率密度的追求。随着SiC和GaN器件在组串式逆变器及PowerTitan储能系统中的广泛应用，如何平衡高开关频率带来的损耗与电流纹波是提升整机效率的关键。建议研发团队参考该文的纹波优化策略，在下一代高频化功率模块设计中，通过精细化磁性元件设计与...
性能均衡的4H-SiC JBSFET：集成JBS二极管与VDMOSFET特性以实现可靠的1700V应用
Well-balanced 4H-SiC JBSFET: Integrating JBS diode and VDMOSFET characteristics for reliable 1700V applications
Chia-Lung Hung · Yi-Kai Hsiao · Jing-Neng Yao · Hao-Chung Kuo · Solid-State Electronics · 2025年6月 · Vol.226
摘要 由于具有更高的击穿电场和热导率，碳化硅（SiC）功率器件适用于高电压和高温应用。近年来，许多SiC肖特基势垒二极管（SBD）和垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管（VDMOSFET）已实现商业化生产。与硅基绝缘栅双极型晶体管（Si-IGBT）相比，SiC VDMOSFET固有的体二极管也可用作电感开关电源电路中的续流二极管，从而无需额外封装的二极管，这有助于降低成本并减小整体封装尺寸。然而，当作为续流二极管使用时，SiC VDMOSFET体二极管的双极载流子导通特性和少数载流子注入机制会...
解读: 该JBSFET技术对阳光电源具有重要应用价值。通过将JBS二极管与VDMOSFET单片集成,实现了5.2mΩ-cm²低导通电阻和快速反向恢复特性,可直接应用于ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器的三电平拓扑中,省去外置续流二极管,降低封装成本和体积。其1700V耐压等级和优异温度特性,特别适合电动...
一种单级软开关高频交流链路光伏逆变器：硅基与碳化硅基原型的设计、分析与评估
A Single-Stage Soft-Switching High-Frequency AC-Link PV Inverter: Design, Analysis, and Evaluation of Si-Based and SiC-Based Prototypes
Masih Khodabandeh · Ehsan Afshari · Mahshid Amirabadi · IEEE Transactions on Power Electronics · 2019年3月
本文提出了一种高功率密度、高可靠性的单级光伏逆变器拓扑，实现了光伏阵列到负载的单级功率转换。该三相逆变器具备软开关特性，在全工作范围内保持高效率。研究对比了硅基（Si）与碳化硅（SiC）器件在原型机中的性能表现，验证了其在提升系统效率与功率密度方面的潜力。
解读: 该研究提出的单级软开关拓扑与阳光电源组串式逆变器（String Inverters）的技术演进方向高度契合。通过采用SiC器件实现高频软开关，可显著减小磁性元件体积，助力阳光电源进一步提升组串式逆变器的功率密度，并降低损耗。建议研发团队关注该高频交流链路技术在下一代轻量化、高效率组串式逆变器中的应用...
650V p-GaN HEMT单脉冲非钳位电感开关
UIS）失效机理与分析
Siyang Liu · Sheng Li · Chi Zhang · Ningbo Li 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年11月
本文首次揭示了肖特基栅极p-GaN HEMT在单脉冲非钳位电感开关（UIS）下的耐受物理机制与失效机理。与Si/SiC器件不同，p-GaN HEMT通过将负载电感的能量存储在输出电容中来承受浪涌电流，而非通过雪崩击穿。
解读: GaN器件凭借高开关频率和高效率，是阳光电源未来提升户用光伏逆变器及小型化充电桩功率密度的关键技术方向。本文深入分析了p-GaN HEMT在极端工况下的UIS失效机理，对于优化逆变器功率模块的驱动电路设计、过压保护策略及可靠性评估具有重要指导意义。建议研发团队在后续高频化产品设计中，重点关注GaN器...
功率半导体器件寿命试验的统计分析与寿命预测
Statistical Analysis of Power Semiconductor Devices Lifetime Test and Lifetime Prediction
Xia Zhou · Zhicheng Xin · Zan Wu · Kuang Sheng · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年11月
功率半导体器件是电力电子系统的核心部件，也是最脆弱的部分。本文收集了2010年以来硅（Si）和碳化硅（SiC）功率半导体器件的功率循环试验（PCT）数据，分析了不同封装技术、测试方法、产品类型及制造商等因素对器件寿命的影响。将功率半导体模块分为三类：采用铝线键合和焊料的常规模块、单一改进型（焊料或键合线改进）和双重改进型（焊料与键合线均改进）模块，并分别拟合其寿命模型。结果表明，所拟合的寿命预测公式具有较高精度，预测寿命与实验数据的平均比值为1.4–2.8倍。
解读: 该功率半导体寿命预测技术对阳光电源全产品线具有重要价值。针对ST储能变流器和SG光伏逆变器，可基于不同封装技术（常规/单一改进/双重改进）的寿命模型，优化SiC/Si IGBT模块选型，提升系统25年全生命周期可靠性。对电动汽车OBC和电机驱动产品，功率循环试验数据可指导SiC器件在高温高频工况下的...
一种用于GaN FET的6.7-GHz有源栅极驱动器，旨在抑制过冲、振铃和EMI
A 6.7-GHz Active Gate Driver for GaN FETs to Combat Overshoot, Ringing, and EMI
Harry C. P. Dymond · Jianjing Wang · Dawei Liu · Jeremy J. O. Dalton 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2018年1月
有源栅极驱动技术在Si和SiC功率变换器中已证明能有效优化开关波形。然而，针对亚10ns开关瞬态的GaN器件，现有变参数驱动技术多局限于单次调整。本文提出了一种新型栅极驱动器，通过高频有源控制进一步提升GaN器件在高速开关过程中的EMI抑制能力及波形质量。
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功率密度要求的不断提高，GaN器件的应用已成为提升效率的关键。该文献提出的高频有源栅极驱动技术，能够有效解决GaN器件在高速开关过程中带来的电磁干扰（EMI）和电压振铃问题，这对于优化阳光电源新一代高频化、小型化逆变器及充电桩产品的PCB布局与电磁兼容...
通过栅极间电阻和堆叠热界面材料提高GaN HEMT封装结壳热阻的测量精度
Improved Measurement Accuracy for Junction-to-Case Thermal Resistance of GaN HEMT Packages by Gate-to-Gate Electrical Resistance and Stacking Thermal Interface Materials
Shengchang Lu · Zichen Zhang · Cyril Buttay · Khai Ngo 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年6月
准确测量功率器件的结壳热阻对于验证封装及转换器系统的热设计至关重要。尽管Si和SiC器件已有JESD51-14标准，但GaN器件尚无统一标准。本文提出了一种通过栅极间电阻测量和堆叠热界面材料的方法，旨在提升GaN HEMT封装结壳热阻的测量精度。
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提升，GaN器件的应用日益广泛。该研究提出的结壳热阻测量方法，能够有效提升GaN器件在极端工况下的热设计可靠性。建议研发团队将其应用于户用逆变器及微型逆变器的热管理优化中，通过更精准的热参数表征，优化散热器设计，从而在保证高功率密度的同...
大功率双面冷却模块中大面积SiC MOSFET的电热分析
Electrothermal Analysis of a Double-Side Cooling Power Module With Large-Area SiC MOSFETs
Yi Jiang · Cancan Li · Liming Che · Yizhuo Dong 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2024年11月
与传统的硅绝缘栅双极型晶体管（IGBT）相比，碳化硅（SiC）金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）的芯片面积通常较小。大面积（10×10 毫米）碳化硅 MOSFET 的性能有待研究。本文对大面积碳化硅 MOSFET 与常规尺寸（5×5 毫米）碳化硅 MOSFET 并联时的电热特性进行了分析。结果表明，与常规尺寸芯片相比，大面积芯片优化了封装参数，减轻了电流不平衡问题，并且在双面冷却（DSC）模块中具有更好的热性能。制作了采用大面积芯片的 SOT - 227 模块，并对该模块的...
解读: 从阳光电源的业务角度分析，这项关于大面积SiC MOSFET双面冷却功率模块的研究具有重要的战略价值。SiC功率器件是我们光伏逆变器和储能变流器的核心部件，直接影响系统的功率密度、效率和可靠性。 该研究提出的10×10mm大面积SiC MOSFET相比传统5×5mm芯片并联方案，在多个维度展现出显...
基于碳化硅、硅和蓝宝石衬底的氮化镓高电子迁移率晶体管的最大、有效和平均热阻
Maximum, effective, and average thermal resistance for GaN-based HEMTs on SiC, Si and sapphire substrates
Kaushik Shivanand Powar · Venkata Komalesh Tadepalli · Vaidehi Vijay Painter · Raphael Sommet 等6人 · Solid-State Electronics · 2025年8月 · Vol.227
摘要 本文采用TCAD仿真方法，报道了在碳化硅（SiC）、硅（Si）和蓝宝石衬底上的AlGaN/GaN和InAlN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）的最大、有效和平均热阻（RTH）。在验证了仿真的I-V特性之后，通过自加热（SH）引起的沟道温度升高（ΔT）随耗散功率（PD）变化的关系曲线提取热阻RTH。最大热阻（RTHmax）决定了HEMT在较高功耗下的可靠性，因此提取了沟道峰值温度（Tmax）。将仿真的ΔTmax-PD曲线与文献中每种HEMT结构的结果进行了比较。所估算的RTHmax与已...
解读: 该GaN HEMT热阻分析技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。研究揭示SiC基底GaN器件具有最优热管理性能,可指导SG系列光伏逆变器和ST储能PCS的功率模块设计优化。通过精确区分最大、有效和平均热阻,能提升三电平拓扑中GaN/SiC器件的可靠性评估精度,优化散热设计裕量。该TCAD仿真方法可...
一种固定开关频率的混合型ANPC优化模型预测控制方法
An Optimized Model Predictive Control Method for Hybrid ANPC With Fixed Switching Frequency
Zhaohui Wang · Shunfeng Yang · Ling Feng · Zhe Li 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年12月
本文提出一种改进的有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）策略，用于三电平Si/SiC混合有源中点钳位（3L-HANPC）变换器，旨在多目标下优化控制性能。该方法通过将电流约束转化为电压约束，降低计算复杂度，减少除法运算；并设计特定电压矢量序列，实现低频与高频开关单元的固定开关频率，有效抑制中点电压波动。所提策略提升了效率、计算简洁性及损耗分布均匀性，改善了热管理性能。基于4-SiC HANPC逆变平台的实验验证了其在稳态与动态性能上的优越性，并显著降低数字信号处理器的计算负担，具备良好的工程应...
解读: 该固定开关频率混合ANPC优化模型预测控制技术对阳光电源ST系列储能变流器和SG系列大功率光伏逆变器具有重要应用价值。通过Si/SiC混合拓扑实现损耗均衡与热管理优化，可直接应用于PowerTitan储能系统的功率单元设计，提升系统效率和可靠性。所提电流约束转化为电压约束的简化算法降低DSP计算负担...
一种采用分数频率半周期调制策略的新型五电平混合NPC-ANPC H桥单相逆变器
A Novel Five-Level Hybrid NPC-ANPC H-Bridge Single-Phase Inverter With Fractional Frequency Half-Cycle Modulation Strategy
Xinyuan Zhang · Zhijian Feng · Shuzhe Zhao · Zixiang Sun 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年1月
本文提出了一种新型五电平混合中点钳位（NPC）-有源NPC（ANPC）H桥单相逆变器，通过结合使用硅（Si）器件的NPC臂与碳化硅（SiC）器件的ANPC臂，有效控制SiC器件成本。提出分数频率半周期（FFHC）空间矢量脉宽调制（SVPWM）策略，使NPC臂开关器件工作于基频，ANPC臂器件仅在半个周期内高频开关，从而提升效率、功率密度与热稳定性。详细阐述了逆变器的工作原理，并建立损耗与热模型以分析器件损耗分布、温度分布及最大结温。实验样机验证了该拓扑在效率、功率密度和热性能方面的优势。
解读: 该混合NPC-ANPC五电平拓扑及FFHC调制策略对阳光电源多条产品线具有重要应用价值。在车载OBC充电机领域，通过Si/SiC混合方案可有效控制成本，同时ANPC臂半周期高频开关策略显著降低开关损耗，提升功率密度，契合车载轻量化需求。在ST储能变流器单相模块设计中，该拓扑的基频开关特性可降低NPC...
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