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重复短路应力下p-GaN栅HEMT的短路能力与器件不稳定性研究
Study of the Short-Circuit Capability and Device Instability of p-GaN Gate HEMTs by Repetitive Short-Circuit Stress
Ning Yang · Chaowu Pan · Zhen Wu · Pengxiang Bai 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年2月
本文研究了肖特基型p-GaN栅高电子迁移率晶体管(HEMT)在不同应力参数下的重复短路(SC)退化行为。首次记录并分析了器件特性的恢复动力学,揭示了其退化机制。研究发现,在重复短路应力下,器件表现出显著的阈值电压(VTH)漂移等不稳定性。
解读: GaN器件作为宽禁带半导体的代表,在阳光电源的高功率密度户用逆变器及小型化充电桩产品中具有巨大的应用潜力。本文揭示的p-GaN栅HEMT在重复短路下的退化机制及恢复动力学,对于优化阳光电源产品的驱动电路设计、短路保护策略及器件选型具有重要参考价值。建议研发团队在开发下一代高频、高效电力电子变换器时,...
变频及漏源偏置应力下p-GaN HEMT输出电容提取方法
Output Capacitance Extraction of p-GaN HEMTs Under Multi Pulse Switching Across Variable Frequencies and Drain-Bias Stress
Xinzhi Liu · Junting Chen · Shanshan Wang · Sijiang Wu 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 预计 2026年6月
本文提出了一种在多脉冲开关条件下提取200V肖特基p-GaN HEMT输出电容(COSS)的方法。通过栅源短路配置,在开关瞬态期间捕获CGD和CDS。为减少振荡,设计了低寄生电感的四层PCB,并分析了不同频率和偏置电压下的电容特性。
解读: GaN作为宽禁带半导体,在阳光电源的户用光伏逆变器及小型化充电桩产品中具有提升功率密度和转换效率的巨大潜力。本文提出的COSS精确提取方法,有助于优化高频开关下的损耗模型,对提升阳光电源下一代高频化、小型化逆变器及充电桩的驱动电路设计及EMI抑制具有重要参考价值。建议研发团队在后续高频功率模块设计中...
p-GaN栅极功率HEMT开关运行下动态关断漏电流的物理经验模型
A Physics-Based Empirical Model of Dynamic IOFF Under Switching Operation in p-GaN Gate Power HEMTs
Yuru Wang · Tao Chen · Mengyuan Hua · Jin Wei 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年9月
本文基于物理机制,建立了p-GaN栅极高电子迁移率晶体管(HEMT)在开关运行下动态关断漏电流(IOFF)的经验模型。模型综合考虑了开关频率、占空比、关断延迟时间、栅极驱动电压及温度等关键运行条件对漏电流的影响。
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器件的应用前景广阔。该模型揭示了p-GaN HEMT在动态开关过程中的漏电流演变规律,对于优化逆变器及充电桩的驱动电路设计、提升系统效率及热管理水平具有重要指导意义。建议研发团队在下一代高频化、小型化功率模块设计中,引入该...
首次实验证明采用TiNxOy电阻场板的p-GaN HEMT器件实现BV与Ron的同时提升
First Experimental Demonstration of TiNxOy Resistive Field Plate on p-GaN HEMTs With Simultaneously Enhanced BV and Ron
Zhuocheng Wang · Wanjun Chen · Fangzhou Wang · Cheng Yu 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年6月
本研究展示了采用电阻场板(RFP)的 p - GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT),该晶体管可同时改善导通态和关断态性能。RFP - HEMT 的特点是具有高电阻率的氮氧化钛(TiNₓOᵧ)电阻钝化层,该层从源极向漏极延伸。由于表面电场(E 场)调制效应和二维电子气(2 - DEG)增强效应,所设计的 RFP - HEMT 不仅在阻断状态下实现了更高的击穿电压(BV),而且在导通状态下实现了更低的导通电阻($R_{\text {on}}$)。与传统的绝缘钝化器件相比,栅极 - 漏极间距为 20...
解读: 从阳光电源的业务视角来看,这项基于TiNxOy电阻场板的p-GaN HEMT技术具有重要的战略价值。该技术通过创新的电阻钝化层设计,突破了传统功率器件击穿电压与导通电阻之间的权衡限制,实现了1860V击穿电压提升111%的同时,导通电阻降低25%,功率优值(BFOM)提升近5倍,这对我们的光伏逆变器...
最大化650V p-GaN栅极HEMT性能:动态导通电阻表征与电路设计考量
Maximizing the Performance of 650-V p-GaN Gate HEMTs: Dynamic RON Characterization and Circuit Design Considerations
Hanxing Wang · Jin Wei · Ruiliang Xie · Cheng Liu 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2017年7月
本文系统表征了650V/13A增强型p-GaN栅极功率晶体管。重点评估了静态与动态(开关)条件下的导通电阻(RON)和阈值电压(VTH)。研究发现动态RON对栅极驱动电压(VGS)的依赖性与静态RON存在显著差异,为高频高效电力电子变换器的设计提供了关键参考。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能系统(如PowerStack)中对高功率密度和高效率的需求日益增加,GaN器件的应用已成为技术演进的关键。本文对650V p-GaN器件动态RON的深入表征,直接指导了高频开关电路的设计与驱动优化,有助于降低逆变器损耗并缩小体积。建议研发团队在下一代高频组串式...
一种200mm E-Mode GaN-on-Si功率HEMT可靠性与寿命评估新方法
A Novel Evaluation Methodology for the Reliability and Lifetime of 200 mm E-Mode GaN-on-Si Power HEMTs
Jingyu Shen · Chao Yang · Liang Jing · Ping Li 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年5月
本文提出了一种针对增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的可靠性与寿命评估新方法。以工业级200mm Si CMOS兼容平台制造的商用100V E-mode GaN-on-Si功率HEMT为例,详细介绍了包括晶圆级可靠性测试(WLRT)在内的评估流程,为宽禁带半导体器件的可靠性验证提供了实用参考。
解读: GaN作为宽禁带半导体,在提升阳光电源户用光伏逆变器及小型化充电桩的功率密度和转换效率方面具有巨大潜力。本文提出的可靠性评估方法对于公司评估GaN器件在工业化应用中的长期稳定性至关重要。建议研发团队参考该评估流程,建立针对GaN功率器件的入库筛选标准,以加速其在下一代高频、高效率户用逆变器及便携式储...
p-GaN栅极HEMT在高功率微波辐照下的退化行为与机理分析
Analysis of Degradation Behavior and Mechanism of p-GaN Gate HEMT Under High-Power Microwave Irradiation
Mingen Lv · Jing Xiao · Ming Tao · Yijun Shi 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年6月
本研究对p型氮化镓(GaN)栅高电子迁移率晶体管(HEMT)在高功率微波(HPM)辐照下的电学特性退化行为进行了研究。基于1/f噪声方法对p-GaN栅HEMT在HPM辐照前后进行了陷阱分析。实验结果表明,HPM辐照下p-GaN栅HEMT的阈值电压明显低于未辐照的新器件,亚阈值摆幅大于新器件。栅极漏电流的最大变化量增大了一个数量级。随着HPM功率和辐照时间的增加,p-GaN栅HEMT器件的退化现象愈发严重。1/f噪声测试结果显示,HPM辐照下p-GaN栅HEMT的输入参考平带谱噪声密度增加了一倍。...
解读: 从阳光电源的业务视角来看,这项关于p-GaN栅极HEMT器件在高功率微波辐照下退化机理的研究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,阳光电源的核心产品大量采用GaN基功率器件以实现高效率、高功率密度的电能转换。 该研究揭示的关键问题直接关系到我们产品的可靠性设计。研究发现...
无损伤中性束刻蚀在增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管栅极凹槽工艺中的应用
Damage-Free Neutral Beam Etching for Gate Recess in E-Mode AlGaN/GaN HEMTs
作者未知 · IEEE Electron Device Letters · 2025年3月
凹槽栅刻蚀是实现增强型(E 型)AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)的关键技术,因为界面易受刻蚀损伤的影响。本研究采用中性束刻蚀(NBE)技术制造凹槽栅。通过调节 NBE 设备中的孔径厚度,我们模拟了中性束模式和等离子体模式刻蚀。通过直流、噪声和脉冲电流 - 电压测量,对采用这两种模式制造的 E 型 HEMT 的电学特性进行了分析和比较。结果表明,中性束刻蚀凹槽的 HEMT 表现出更优异的性能。
解读: 从阳光电源的业务视角来看,这项中性束刻蚀技术在增强型GaN HEMT器件制造上的突破具有重要战略意义。GaN功率器件是新一代光伏逆变器和储能变流器的核心元件,直接影响系统的功率密度、转换效率和可靠性。 该技术通过无损伤刻蚀工艺实现增强型器件,解决了传统等离子体刻蚀导致的界面损伤问题。对于阳光电源而...
肖特基p-GaN栅HEMT在UIS应力下动态导通电阻异常降低与恢复的研究
On the Abnormal Reduction and Recovery of Dynamic RON Under UIS Stress in Schottky p-GaN Gate HEMTs
Chao Liu · Xinghuan Chen · Ruize Sun · Jingxue Lai 等10人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年8月
本文研究了肖特基p-GaN栅HEMT在非钳位感性开关(UIS)应力下的动态导通电阻(RON_dyn)异常降低与恢复现象。研究发现RON_dyn的降低与UIS峰值电压呈正相关。通过Sentaurus仿真揭示了其物理机制:UIS应力期间,冲击电离产生的电子-空穴对导致了器件内部电场与载流子分布的动态变化。
解读: GaN器件作为下一代功率半导体,在阳光电源的高功率密度户用逆变器及小型化充电桩产品中具有极高的应用潜力。该研究揭示了GaN器件在极端感性开关应力下的动态特性变化,对提升阳光电源产品的可靠性设计至关重要。建议研发团队在进行高频拓扑设计时,充分考虑UIS应力对器件动态导通电阻的影响,优化驱动电路与保护策...
利用GaN/Si混合开关抑制动态导通电阻以提升Buck变换器效率
Enhancing Buck Converter Efficiency by Using GaN/Si Hybrid Switches to Suppress Dynamic On-State Resistance
Gaoqiang Deng · Xihao Bi · Jingyu Shen · Renkuan Liu 等12人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年10月
本文证明了采用GaN/Si混合开关的Buck变换器比同规格纯GaN开关具有更高的转换效率。通过将并联GaN HEMT中的一个替换为同电压等级但电阻稍高的Si超结MOSFET,可显著降低总导通损耗并抑制动态导通电阻效应。
解读: 该技术对阳光电源的户用光伏逆变器及小型储能PCS产品具有重要参考价值。在追求高功率密度和高效率的趋势下,GaN器件的动态导通电阻(Current Collapse)一直是限制其在功率变换中应用的关键痛点。通过GaN/Si混合拓扑,可以在不显著增加成本的前提下,优化变换器在不同负载下的效率表现。建议研...
一种用于1kV输入1MHz GaN LLC变换器同步整流的无传感器模型驱动方案
A Sensorless Model-Based Digital Driving Scheme for Synchronous Rectification in 1-kV Input 1-MHz GaN LLC Converters
Xinyi Zhu · Haoran Li · Zhiliang Zhang · Zhibin Li 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年7月
针对1kV高压输入、1MHz高频工作的GaN LLC变换器,eGaN HEMT极快的开关速度导致dv/dt高达200kV/μs,给同步整流(SR)带来严峻挑战。本文提出一种基于模型的无传感器SR驱动方案,旨在优化稳态效率及互补控制性能。
解读: 该技术对阳光电源的组串式逆变器及储能系统(如PowerTitan/PowerStack)的DC-DC变换环节具有重要参考价值。随着光伏与储能系统向高压化(1500V系统)、高功率密度方向发展,LLC变换器的高频化是提升效率的关键。GaN器件在高压高频下的同步整流驱动挑战,直接影响变换器的损耗控制。建...
基于6英寸Si衬底的高RF性能AlGaN/GaN HEMT用于低压应用
High RF Performance AlGaN/GaN HEMTs on 6-in Si Substrate for Low Voltage Applications
Yuxi Zhou · Jiejie Zhu · Bowen Zhang · Qiyu Wang 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年4月
本文展示了用于低压应用的、基于6英寸硅衬底且具有出色射频性能的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。采用金属有机化学气相沉积法再生长n⁺ - InGaN欧姆接触,整片晶圆上的欧姆接触电阻平均值达到<0.08 Ω·mm。该器件栅长为220 nm,源漏间距为2.2 μm,饱和电流高达1689 mA/mm,峰值跨导为436 mS/mm。将晶圆减薄至100 μm后,对栅宽(Wg)为2×100 μm的HEMT在3.6 GHz下进行负载牵引测量,结果表明,在5 - 15 V的低漏极电压(Vd)下...
解读: 从阳光电源的业务视角来看,该论文展示的基于6英寸硅基底的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)技术具有重要的战略参考价值,但其应用方向与我司核心产品存在显著差异。 该技术的核心优势在于低电压(5-15V)下的射频性能优化,在3.6GHz频段实现了业界领先的功率密度(最高4.35W/mm)...
面向功率电子生态设计的参数化生命周期评价模型:解决MOSFET-Si与HEMT-GaN技术问题
Parametric LCA model for power electronic ecodesign process: Addressing MOSFET-Si and HEMT-GaN technological issues
Li Fang · Yannis Rosset · Benoît Sarrazin · Pierre Lefranc 等5人 · IET Power Electronics · 2025年1月 · Vol.18
本研究提出一种面向功率电子生态设计的参数化生命周期评价模型,建立设计参数与环境影响之间的动态关联,支持产品全生命周期的优化。模型融合循环经济理念,可评估并实施维修、再利用和回收策略,提升功率电子产品的可持续性。通过DC-DC降压变换器的案例分析验证了模型的有效性,表明其在推动产品开发符合环保法规与可持续发展目标方面具有实用价值。
解读: 该参数化LCA生态设计模型对阳光电源功率电子产品线具有重要应用价值。在**ST储能变流器**和**SG光伏逆变器**开发中,可通过建立MOSFET-Si与HEMT-GaN器件选型的环境影响量化评估体系,优化功率模块设计决策。模型融合的循环经济理念可指导**PowerTitan储能系统**制定维修、模...
通过减小去极化场效应提高铁电GaN HEMT的可靠性
Enhanced Reliability of Ferroelectric GaN HEMTs With Reduced Depolarization-Field Effect
Hyeong Jun Joo · Gyuhyung Lee · Yoojin Lim · Brendan Hanrahan 等5人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年10月
在本研究中,我们探究了AlGaN势垒层的退极化场效应对采用AlScN/HfO₂栅堆叠结构的铁电GaN高电子迁移率晶体管(FeHEMT)的影响。我们制备并表征了凹槽栅和非凹槽栅两种结构,不仅用于比较记忆窗口和阈值电压可调性,还用于分析退极化场效应对循环特性和耐久性的影响。快速斜坡脉冲电流 - 电压测量通过排除AlScN层的铁电极化切换,揭示了这两种结构之间的差异。由于减少了AlGaN层,实现并保持了优异的铁电切换特性。凹槽栅FeHEMT在基于GaN的新兴存储器和神经形态器件方面具有良好的应用前景。
解读: 从阳光电源的业务视角来看,这项铁电GaN HEMT技术虽然聚焦于存储器和神经形态器件,但其底层的GaN功率器件创新对我们的核心业务具有潜在战略价值。 **技术关联性分析**:阳光电源的光伏逆变器和储能变流器高度依赖高性能功率半导体。该研究通过优化AlScN/HfO2栅极堆栈和采用凹栅结构,显著降低...
肖特基型p-GaN栅HEMT中漏极依赖双向动态阈值电压漂移的全范围研究
Full-Range Investigation of Drain-Dependent Bidirectional Dynamic Threshold Voltage Shift in Schottky-Type p-GaN Gate HEMT
Muqin Nuo · Ming Zhong · Zetao Fan · Yunhong Lao 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年2月
本研究采用基于梯形波的提取方法,对肖特基型 p - GaN 栅高电子迁移率晶体管(HEMT)中与漏极相关的动态阈值电压($V_{\text {th}}$)进行了研究,揭示了漏极应力($V_{\text {DS - off}}$)、栅极应力($V_{\text {GS - on}}$)以及测量$V_{\text {th}}$时的漏极偏压($V_{\text {DS - M}}$)的综合影响。在研究的第一部分,通过使用$V_{\text {GS - off}}$/$V_{\text {GS - on...
解读: 从阳光电源光伏逆变器和储能系统的核心器件应用角度,这项关于肖特基型p-GaN栅HEMT动态阈值电压特性的研究具有重要参考价值。GaN HEMT作为新一代宽禁带功率半导体,其高频、高效、高功率密度特性正是我们逆变器和储能变流器实现小型化、高效化的关键使能技术。 该研究揭示的双向动态阈值漂移现象直接关...
适度掺杂接触层对用于微波整流的AlGaN/GaN栅控阳极二极管击穿电压的影响
Impact of a Moderately Doped Contact Layer on Breakdown Voltage in AlGaN/GaN Gated-Anode Diodes for Microwave Rectification
作者未知 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年1月
我们制造了一种采用 AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅控阳极二极管,用作 5.8 GHz 频段微波无线电力传输(WPT)系统中的整流装置。为了提高击穿电压并使器件能够处理高功率,我们提出了一种适度掺杂的接触层,并全面研究了其对器件性能的影响。我们证实,适度掺杂有助于耗尽,即使在栅极与接触间距较短的情况下也能实现高击穿电压。然而,也观察到了接触电阻增加以及随之而来的正向电流下降等不利影响。通过优化掺杂浓度,我们成功提高了击穿电压,同时抑制了电流下降,实现了 7.0 W/mm 的...
解读: 从阳光电源的业务视角来看,这项基于AlGaN/GaN材料的栅极阳极二极管技术具有重要的战略参考价值。该研究针对5.8GHz微波无线电力传输系统开发的整流器件,通过优化掺杂浓度实现了7.0 W/mm的高功率密度,这一技术路径与我们在高效能量转换领域的核心需求高度契合。 从光伏逆变器和储能变流器的角度...
用于高温应用的增强型GaN单片双向开关及其集成栅极驱动器
Enhancement-Mode GaN Monolithic Bidirectional Switch with Integrated Gate Driver for High Temperature Application
Yunsong Xu · Ang Li · Fan Li · Guohao Yu 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年11月
双向开关在电力应用中得到了广泛应用,特别是在交 - 交矩阵变换器和固态断路器中。本研究展示了一种基于氮化镓(GaN)的单片集成双向开关,其特点是采用了双栅高电子迁移率晶体管(HEMT),并且驱动器也集成在同一芯片上。所提出的双向 GaN 开关的实验结果(包括静态和瞬态特性)表明,该开关在高达 250 °C 的温度下具有稳定性。在 10 V 电压下,其工作频率已提高到 1 MHz。据我们所知,首次报道了该开关在 1 kHz 频率下作为 ±311 V 交流功率斩波器可在高达 250 °C 的高温下运...
解读: 从阳光电源的业务视角来看,这项GaN基单片集成双向开关技术具有重要的战略价值。该技术实现了增强型GaN双向开关与驱动电路的单片集成,并展现出250°C高温稳定运行能力,这对我们在光伏逆变器、储能变流器及矩阵变换器等核心产品的性能提升具有显著意义。 技术价值方面,该双向开关在1 MHz高频运行和±3...
不同偏置条件下AlGaN/GaN HEMT的单粒子效应
Single-Event Effects of AlGaN/GaN HEMTs Under Different Biases
Ling Lv · Changjuan Guo · Muhan Xing · Xuefeng Zheng 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年3月
本文从实验和TCAD仿真两方面系统研究了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件在关态、半开态和开态下的单粒子效应(SEEs)。实验结果表明,重离子辐射对处于关态的器件造成的损伤最为严重。随着漏源电压的增加,可观察到单粒子效应引发的无损伤、漏电退化和灾难性失效三个区域。仿真结果显示,关态下的峰值电场最大,且在高电压偏置下电流收集现象更为显著,这进一步证实了关态下单粒子效应的严重性。研究表明,关态下的高单粒子瞬态电流会对器件造成永久性损伤,导致器件漏电流增加。
解读: 从阳光电源的业务角度来看,这项关于AlGaN/GaN HEMT器件单粒子效应的研究具有重要的战略意义。GaN功率器件凭借其高频、高效、高功率密度特性,已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,但其在极端环境下的可靠性一直是工程应用的关键考量。 该研究系统揭示了GaN HEMT在不同偏置...
衬底偏压对欧姆p型栅GaN高电子迁移率晶体管非钳位感性开关能力的影响
Effect of Substrate Bias in Ohmic p-Gate GaN-HEMTs on Unclamped Inductive Switching Capability
Wataru Saito · Shin-Ichi NIshizawa · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年8月
本文测量了欧姆 p 栅氮化镓(GaN)-高电子迁移率晶体管(HEMT)在不同衬底偏置条件下的非钳位电感开关(UIS)能力。GaN-HEMT 的一个关键缺点是其 UIS 能力极低,因为没有用于消除碰撞电离产生的空穴的结构。因此,过电压应力导致的失效位置在很大程度上取决于碰撞电离产生的空穴的电流路径。本文报道,通过调制空穴电流路径,浮动或正偏置衬底条件可以提高欧姆 p 栅 GaN-HEMT 的 UIS 能力。此外,在浮动衬底条件下增加栅极电阻会减缓电压变化率(dV/dt),导致在半导通状态下消耗更多...
解读: 从阳光电源光伏逆变器和储能系统的核心应用场景来看,这项关于欧姆p栅GaN-HEMT器件非钳位感性开关能力的研究具有重要的技术参考价值。GaN功率器件凭借其高开关频率、低导通损耗等优势,正逐步成为我司下一代高效率逆变器和储能变流器的关键技术路线,但其固有的低UIS能力一直是制约大规模应用的瓶颈。 该...
考虑镁外扩散对p-GaN/AlGaN/GaN HEMT阈值电压影响的建模
Modeling the Impact of Mg Out-Diffusion on Threshold Voltage of p-GaN/AlGaN/GaN HEMT
Nadim Ahmed · Gourab Dutta · IEEE Transactions on Electron Devices · 2024年11月
本文提出了一种针对p-GaN/AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)阈值电压(V_T)的新型解析模型,考虑了镁(Mg)掺杂剂从顶部p-GaN层向外扩散至AlGaN势垒层和GaN沟道层的影响。该模型引入了真实的Mg外扩散分布,以精确估算此类常关型器件的V_T。通过实验数据与精细校准的TCAD仿真,对模型在多种器件参数及Mg扩散分布下的准确性进行了验证。模型还可评估AlGaN层与非故意掺杂(UID)-GaN层中Mg掺杂各自的贡献,并可用于预测p-GaN层生长时长与温度对阈值电压的影响。
解读: 该p-GaN HEMT阈值电压建模技术对阳光电源GaN功率器件应用具有重要价值。通过精确预测Mg外扩散对阈值电压的影响,可优化ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器中GaN器件的可靠性设计。该模型能够指导器件筛选标准制定,预测高温工况下阈值漂移风险,对PowerTitan大型储能系统的长期稳定运行至...
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