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机载电子隔离 PFC 模块 - SynQor
50/60Hz 0.99 最小 400W 输出（使用 SynQor ACF 滤波器）400Hz 0.97 最小 400W 输出（使用 SynQor ACF 滤波器）无功功率 34 VAR 115 Vrms 400Hz；超前，见注释 5 交流输入电流总谐波失真 4.5 % 115 Vrms 400Hz，满载，见注释 1 115 Vrms 时的各电流谐波失真水平低于 DO-160G/787B3/ABD0100.1.8 交流输入电流浪涌 1 Apk 符合 DO-160G 第 16.7.5 节，见注释 7 启用交流输入电流（无负载） 180 mArms 115 Vrms 输入，与 SynQor 滤波器一起使用时 禁用交流输入电流 50 mArms 115 Vrms 输入，与 SynQor 滤波器一起使用时 最大输入功率 950 W 最大输入电流 11.5 Arms 85 Vrms 输入 输出特性 满载时的输出电压设定点 见图 11 了解 VI 曲线 标准选项 27.5 28.0 28.5 Vdc Vin<250Vrms，如需更高的 Vin，请参阅应用说明 压降选项 25.0 25.5 26.0 Vdc 压降选项、电流共享分析 25.3 25.5 25.7 Vdc 压降共享操作的容差，请参阅注释 6 总输出电压范围 请参阅图 11 中的 VI 曲线 标准选项 27.2 28.8 Vdc Vin<250Vrms，如需更高的 Vin，请参阅应用说明 压降选项 24.7 29.0 Vdc 标准选项 电压调节 半载以上 过线 ±0.3 % Vin<250Vrms，如需更高的 Vin，请参阅应用说明 过载 ±2.0 % 过温 ±1.5 % 输出电压纹波和噪声 (400Hz) 请参阅注释 2 峰峰值 1.0 % RMS 0.3 % 工作输出电流范围 0 28.6 A 输出电流限制 设备在关机前继续运行 1 秒 115 Vrms 30 A 稳压 -28R 型号 230 Vrms 33 A 稳压 -28R 型号 最大输出电容 4,000 µF 半阻负载下启动 保持特性 典型保持电压 400 Vdc 保持电压范围 380 435 Vdc 保持电压随负载而变化 保持过压保护阈值 440 460 Vdc 保持欠压关断阈值 200 Vdc 保持电容 100 1000 µF 见注释 3 效率 115Vrms 时 100% 负载 89 % 效率曲线见图 1 230Vrms 时 100% 负载 91 % 效率曲线见图 1 注释 1：低于 D0-160 的各电流谐波失真水平， Airbus0100.1.8，波音 787B3 要求注 2：600µF 电解保持电容，典型 ESR 为 0.5Ω。纹波幅度取决于保持电容的电容和 ESR。注 3：转换器能够以至少 100µF 的保持电容运行，但如果需要电源系统，SynQor 建议至少使用 330µF
机载电子隔离 PFC 模块 - SynQor
50/60Hz 0.99 最小 400W 输出（使用 SynQor ACF 滤波器）400Hz 0.97 最小 400W 输出（使用 SynQor ACF 滤波器）无功功率 34 VAR 115 Vrms 400Hz；超前，见注释 5 交流输入电流总谐波失真 4.5 % 115 Vrms 400Hz，满载，见注释 1 115 Vrms 时的各电流谐波失真水平低于 DO-160G/787B3/ABD0100.1.8 交流输入电流浪涌 1 Apk 符合 DO-160G 第 16.7.5 节，见注释 7 启用交流输入电流（无负载） 180 mArms 115 Vrms 输入，与 SynQor 滤波器一起使用时 禁用交流输入电流 50 mArms 115 Vrms 输入，与 SynQor 滤波器一起使用时 最大输入功率 950 W 最大输入电流 11.5 Arms 85 Vrms 输入 输出特性 满载时的输出电压设定点 见图 11 了解 VI 曲线 标准选项 27.5 28.0 28.5 Vdc Vin<250Vrms，如需更高的 Vin，请参阅应用说明 压降选项 25.0 25.5 26.0 Vdc 压降选项、电流共享分析 25.3 25.5 25.7 Vdc 压降共享操作的容差，请参阅注释 6 总输出电压范围 请参阅图 11 中的 VI 曲线 标准选项 27.2 28.8 Vdc Vin<250Vrms，如需更高的 Vin，请参阅应用说明 压降选项 24.7 29.0 Vdc 标准选项 电压调节 半载以上 过线 ±0.3 % Vin<250Vrms，如需更高的 Vin，请参阅应用说明 过载 ±2.0 % 过温 ±1.5 % 输出电压纹波和噪声 (400Hz) 请参阅注释 2 峰峰值 1.0 % RMS 0.3 % 工作输出电流范围 0 28.6 A 输出电流限制 设备在关机前继续运行 1 秒 115 Vrms 30 A 稳压 -28R 型号 230 Vrms 33 A 稳压 -28R 型号 最大输出电容 4,000 µF 半阻负载下启动 保持特性 典型保持电压 400 Vdc 保持电压范围 380 435 Vdc 保持电压随负载而变化 保持过压保护阈值 440 460 Vdc 保持欠压关断阈值 200 Vdc 保持电容 100 1000 µF 见注释 3 效率 115Vrms 时 100% 负载 89 % 效率曲线见图 1 230Vrms 时 100% 负载 91 % 效率曲线见图 1 注释 1：低于 D0-160 的各电流谐波失真水平， Airbus0100.1.8，波音 787B3 要求注 2：600µF 电解保持电容，典型 ESR 为 0.5Ω。纹波幅度取决于保持电容的电容和 ESR。注 3：转换器能够以至少 100µF 的保持电容运行，但如果需要电源系统，SynQor 建议至少使用 330µF
浅谈电力电子中SiC功率器件的可靠性
碳化硅 (SiC) 是一种宽带隙 (WBG) 半导体材料，与硅 (Si) 相比，它具有多种优势，例如最大电场更高、导通电阻更低、开关速度更快、最大允许结工作温度更高。在 1.2 kV - 1.7 kV 电压范围内，SiC 功率器件有望取代 Si 绝缘栅双极晶体管 (IGBT)，用于高效率、高工作温度和/或减小体积的应用。特别是，SiC 金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) - 电压控制且常关断 - 是首选器件，因为它易于在使用 Si IGBT 的设计中实现。在这项工作中，研究了 SiC 器件的可靠性，特别是 SiC MOSFET 的可靠性。首先，研究了并联两个分立 SiC MOSFET 的可能性，并通过静态和动态测试进行了验证。发现并联连接没有问题。其次，通过长期测试研究了 SiC MOSFET 体二极管的阈值电压和正向电压的漂移。还发现这些可靠性方面没有问题。第三，通过对标准模块的寄生电感建模以及这些电感对栅极氧化物的影响，讨论了封装对芯片可靠性的影响。该模型显示了杂散电感和寄生元件的不平衡，这对高速开关来说是个问题。对湿度对封装在同一标准封装中的 SiC MOSFET 芯片和 SiC 肖特基芯片结端的影响进行的长期测试表明，一些位于户外的模块会过早退化。然后，通过实验和模拟研究了三种不同类型的 1.2 kV SiC 开关器件（双极结型晶体管、结型场效应晶体管和 MOSFET）的短路行为。对每个器件进行详细的电热分析，以支持在故障期间快速关闭器件的必要性。得出了坚固、快速的短路保护设计指南。对于每个器件，都设计、构建了一个短路保护驱动器，并通过实验进行了验证。研究了使用 SiC MOSFET 设计无二极管转换器的可能性，重点是通过体二极管进行浪涌电流测试。发现的故障机制是 npn 寄生双极晶体管的触发。最后，进行了生命周期成本分析 (LCCA)，结果表明在现有的 IGBT 设计中引入 SiC MOSFET 具有经济意义。事实上，由于效率更高，初期投资在后期可以节省。此外，可靠性也得到了提高，从风险管理的角度来看，这是有益的。虽然初始转换器成本高出 30%，但采用 SiC MOSFET 的转换器在 20 年内的总投资大约低 30%。关键词：碳化硅、金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)、结型场效应晶体管 (JFET)、双极结型晶体管 (BJT)、可靠性、故障分析、可靠性测试、短路电流、湿度、谐振转换器、串联谐振转换器 (SLR)、基极驱动电路、栅极驱动电路、生命周期成本分析 (LCCA)。
机载电子隔离 PFC 模块 - SynQor
50/60Hz 0.99 最小 400W 输出（使用 SynQor ACF 滤波器）400Hz 0.97 最小 400W 输出（使用 SynQor ACF 滤波器）无功功率 34 VAR 115 Vrms 400Hz；超前，见注释 5 交流输入电流总谐波失真 4.5 % 115 Vrms 400Hz，满载，见注释 1 115 Vrms 时的各电流谐波失真水平低于 DO-160G/787B3/ABD0100.1.8 交流输入电流浪涌 1 Apk 符合 DO-160G 第 16.7.5 节，见注释 7 启用交流输入电流（无负载） 180 mArms 115 Vrms 输入，与 SynQor 滤波器一起使用时 禁用交流输入电流 50 mArms 115 Vrms 输入，与 SynQor 滤波器一起使用时 最大输入功率 950 W 最大输入电流 11.5 Arms 85 Vrms 输入 输出特性 满载时的输出电压设定点 见图 11 了解 VI 曲线 标准选项 27.5 28.0 28.5 Vdc Vin<250Vrms，如需更高的 Vin，请参阅应用说明 压降选项 25.0 25.5 26.0 Vdc 压降选项、电流共享分析 25.3 25.5 25.7 Vdc 压降共享操作的容差，请参阅注释 6 总输出电压范围 请参阅图 11 中的 VI 曲线 标准选项 27.2 28.8 Vdc Vin<250Vrms，如需更高的 Vin，请参阅应用说明 压降选项 24.7 29.0 Vdc 标准选项 电压调节 半载以上 过线 ±0.3 % Vin<250Vrms，如需更高的 Vin，请参阅应用说明 过载 ±2.0 % 过温 ±1.5 % 输出电压纹波和噪声 (400Hz) 请参阅注释 2 峰峰值 1.0 % RMS 0.3 % 工作输出电流范围 0 28.6 A 输出电流限制 设备在关机前继续运行 1 秒 115 Vrms 30 A 稳压 -28R 型号 230 Vrms 33 A 稳压 -28R 型号 最大输出电容 4,000 µF 半阻负载下启动 保持特性 典型保持电压 400 Vdc 保持电压范围 380 435 Vdc 保持电压随负载而变化 保持过压保护阈值 440 460 Vdc 保持欠压关断阈值 200 Vdc 保持电容 100 1000 µF 见注释 3 效率 115Vrms 时 100% 负载 89 % 效率曲线见图 1 230Vrms 时 100% 负载 91 % 效率曲线见图 1 注释 1：低于 D0-160 的各电流谐波失真水平， Airbus0100.1.8，波音 787B3 要求注 2：600µF 电解保持电容，典型 ESR 为 0.5Ω。纹波幅度取决于保持电容的电容和 ESR。注 3：转换器能够以至少 100µF 的保持电容运行，但如果需要电源系统，SynQor 建议至少使用 330µF
机载电子隔离 PFC 模块 - SynQor
50/60Hz 0.99 最小 400W 输出（使用 SynQor ACF 滤波器）400Hz 0.97 最小 400W 输出（使用 SynQor ACF 滤波器）无功功率 34 VAR 115 Vrms 400Hz；超前，见注释 5 交流输入电流总谐波失真 4.5 % 115 Vrms 400Hz，满载，见注释 1 115 Vrms 时的各电流谐波失真水平低于 DO-160G/787B3/ABD0100.1.8 交流输入电流浪涌 1 Apk 符合 DO-160G 第 16.7.5 节，见注释 7 启用交流输入电流（无负载） 180 mArms 115 Vrms 输入，与 SynQor 滤波器一起使用时 禁用交流输入电流 50 mArms 115 Vrms 输入，与 SynQor 滤波器一起使用时 最大输入功率 950 W 最大输入电流 11.5 Arms 85 Vrms 输入 输出特性 满载时的输出电压设定点 见图 11 了解 VI 曲线 标准选项 27.5 28.0 28.5 Vdc Vin<250Vrms，如需更高的 Vin，请参阅应用说明 压降选项 25.0 25.5 26.0 Vdc 压降选项、电流共享分析 25.3 25.5 25.7 Vdc 压降共享操作的容差，请参阅注释 6 总输出电压范围 请参阅图 11 中的 VI 曲线 标准选项 27.2 28.8 Vdc Vin<250Vrms，如需更高的 Vin，请参阅应用说明 压降选项 24.7 29.0 Vdc 标准选项 电压调节 半载以上 过线 ±0.3 % Vin<250Vrms，如需更高的 Vin，请参阅应用说明 过载 ±2.0 % 过温 ±1.5 % 输出电压纹波和噪声 (400Hz) 请参阅注释 2 峰峰值 1.0 % RMS 0.3 % 工作输出电流范围 0 28.6 A 输出电流限制 设备在关机前继续运行 1 秒 115 Vrms 30 A 稳压 -28R 型号 230 Vrms 33 A 稳压 -28R 型号 最大输出电容 4,000 µF 半阻负载下启动 保持特性 典型保持电压 400 Vdc 保持电压范围 380 435 Vdc 保持电压随负载而变化 保持过压保护阈值 440 460 Vdc 保持欠压关断阈值 200 Vdc 保持电容 100 1000 µF 见注释 3 效率 115Vrms 时 100% 负载 89 % 效率曲线见图 1 230Vrms 时 100% 负载 91 % 效率曲线见图 1 注释 1：低于 D0-160 的各电流谐波失真水平， Airbus0100.1.8，波音 787B3 要求注 2：600µF 电解保持电容，典型 ESR 为 0.5Ω。纹波幅度取决于保持电容的电容和 ESR。注 3：转换器能够以至少 100µF 的保持电容运行，但如果需要电源系统，SynQor 建议至少使用 330µF
宽带隙器件特刊社论：设计、制造和应用
新兴的宽带隙 (WBG) 半导体有望推动全球产业发展，就如同 50 多年前硅 (Si) 芯片的发明推动了现代计算机时代的到来一样。基于 SiC 和 GaN 的器件正开始变得更加商业化。与同类的基于 Si 的元件相比，这些 WBG 器件更小、更快、更高效，在更严苛的操作条件下也能提供更高的可靠性。此外，在此框架下，一种新型微电子级半导体材料被创造出来，其带隙甚至比之前建立的宽带隙半导体（如 GaN 和 SiC）还要大，因此被称为“超宽带隙”材料。这些材料包括 AlGaN、AlN、金刚石和 BN 氧化物基材料，它们在理论上具有更优越的性能，包括更高的临界击穿场、更高的工作温度和潜在的更高辐射耐受性。这些特性反过来又使得革命性的新器件可用于极端环境成为可能，例如高效功率晶体管（因为巴利加品质因数有所提高）、超高压脉冲功率开关、高效 UV-LED、激光二极管和 RF 电子设备。本期特刊发表了 20 篇论文，重点关注基于宽带隙的器件：设计、制造和应用。三篇论文 [1-3] 涉及未来 5G 应用和其他高速高功率应用的 RF 功率电子设备。其中九篇论文 [4-12] 探讨了宽带隙高功率器件的各种设计。其余论文涵盖了基于宽带隙的各种应用，如用于提高 GaN 基光子发射器光子提取效率的 ZnO 纳米棒 [13]、InGaZnO 薄膜晶体管 [14]、宽带隙 WO3 薄膜 [15]、银纳米环 [16、17] 和 InGaN 激光二极管 [18-20]。特别是在 RF GaN 器件方面，Kuchta 等人 [1] 提出了一种基于 GaN 的功率放大器设计，该设计降低了透射率畸变。Lee 等人 [2] 展示了一种用于 2.5 至 6 GHz 干扰系统的紧凑型 20 W GaN 内部匹配功率放大器，它使用高介电常数基板、单层电容器和分流/串联电阻器实现低 Q 匹配和低频稳定。 Lin 等人 [3] 通过集成厚铜金属化层实现了 Ka 波段 8.2 W/mm 的高输出功率密度。关于 GaN 功率器件，Wu 等人 [4] 研究了一种双 AlGaN 势垒设计以实现增强模式特性。Ma 等人 [5] 介绍了一种使用 GaN 的数字控制 2 kVA 三相分流 APF 系统。Tajalli 等人 [6] 通过进行缓冲分解研究了 GaN-on-Si 外延结构中垂直漏电和击穿的起源。可以确定每个缓冲层与垂直漏电和击穿电压相关的贡献。Sun 等人 [7] 研究了 GaN-on-Si 外延结构中垂直漏电和击穿电压的分布。[7] 提出了一种利用 TCAD 实现常关型 GaN HEMT 的新方法。该概念基于将栅极沟道方向从长水平方向转置为短垂直方向。Mao 等 [8] 在 IGBT 的集电极侧引入了一部分 p-polySi/p-SiC 异质结，以在不牺牲器件其他特性的情况下降低关断损耗。Kim 等 [9] 实现了 SiC 微加热器芯片作为下一代功率模块的新型热评估设备，并评估了其耐热性能。
用于集成太阳能和储能系统的 5 种转换器拓扑
• 拓扑 2：T 型拓扑因晶体管围绕中性点 (VN ) 排列的方式而得名。Q1 和 Q2 连接直流链路，Q3 和 Q4 与 VN 串联。滤波器看到的纹波频率等于施加到开关 Q1 至 Q4 的 PWM 频率。这定义了滤波器元件的大小，以实现交流线路频率下所需的低总谐波失真。Q1 和 Q2 看到全总线电压，并且需要额定为 1,200 V，才能在系统中为 800 V 直流链路电压。由于 Q3 和 Q4 连接到 VN ，它们只看到一半的总线电压，并且在 800 V 直流链路电压系统中可以额定为 600 V，这节省了这种转换器类型的成本。请参阅 10 kW 双向三相三级 (T 型) 逆变器和 PFC 参考设计。 • 拓扑结构 3：在有源中性点钳位 (ANPC) 转换器拓扑结构中，VN 与有源开关 Q5 和 Q6 连接，并将 VN 设置在直流链路电压的中间。与 T 型转换器一样，滤波器看到的纹波频率等于定义交流线路滤波器大小的 PWM 频率。这种架构的优点在于，所有开关的额定电压都可以是最大直流链路电压的一半；在 800-V 系统中，您可以使用额定电压为 600-V 的开关，这对成本有积极影响。关闭此转换器时，重要的是将每个开关上的所有电压限制为直流链路电压的一半。换句话说，控制微控制器 (MCU) 需要处理关机排序。TI 的 TMS320F280049C 和 C2000™ 产品系列中的其他设备具有可配置逻辑，允许在硬件中实现关机逻辑，以减轻 MCU 的软件任务负担。请参阅基于 GaN 参考设计的 11kW、双向、三相 ANPC。• 拓扑 4：中性点钳位 (NPC) 转换器拓扑源自 ANPC 拓扑。此处，VN 通过二极管 D5 和 D6 连接，并将 VN 设置在 DC 链路电压的中间。滤波器看到的输出纹波频率等于定义 AC 线路滤波器大小的 PWM 频率。与 ANPC 拓扑一样，所有开关的额定电压都可以是最大 DC 链路电压的一半，但不是另外两个开关，而是两个快速二极管。与 ANPC 拓扑相比，NPC 拓扑的成本略低，但效率略低。关断排序的要求也与 ANPC 拓扑相同。可以很容易地从上面提到的 ANPC 参考设计中派生出 NPC 拓扑。• 拓扑 5：飞行电容拓扑已经告诉您此转换器中发生的情况；电容器连接到由 Q1 和 Q2 以及 Q3 和 Q4 实现的堆叠半桥的开关节点。电容器两端的电压被限制为直流链路电压的一半，并在 V+/V– 之间周期性地变化；变化时，功率传输。此拓扑在正和负正弦波期间使用所有开关。在此拓扑中，滤波器看到的输出纹波频率是飞跨电容器每个周期移位的 PWM 频率的两倍，从而导致交流线路滤波器尺寸较小。同样，所有开关的额定电压均为最大直流链路电压的一半，这对成本有积极影响。