高压大功率碳化硅电力电子器件研制进展

 碳化硅电力电子器件已经成为国内外研究和产业化热点，在一些应用领域正在逐步取代硅基电力电子器件。概述了碳化硅材料和器件的特性，即具有高工作电压、高效率、高工作温度等优势。综述了国际上碳化硅电力电子器件技术的发展现状，其中中低压器件发展已逐渐成熟，高击穿电压器件研究成果展现出由碳化硅材料特性预测的性能优势。展示了宽禁带半导体电力电子器件国家重点实验室在该领域取得的最新技术进展，建立了600~3300 V碳化硅肖特基二极管和MOSFET产品技术，研制出国际先进水平的高压碳化硅MOS-FET和IGBT。     

基于2ED020I12-FA隔离芯片的I GB T驱动电路研究与设计

绝缘栅双极晶体管(IGBT)驱动电路设计的优劣直接关系到电力电子设备运行的性能.高性能的驱动电路能够很好的驱动功率器件,使其准确地工作于导通或截止,保证功率器件高效、稳定运行.文中分析了IGBT驱动电路的设计要求,结合英飞凌磁耦隔离芯片2ED020I12-FA的工作特点,设计了基于2ED020I12-FA的IGBT驱动电路.实验结果表明,该驱动电路具有结构简单、稳定可靠等优良特性.     

基于SPWM数字驱动技术的电罗经复示器的研究

借鉴低速同步电机的驱动特点,提出了一种全数字式SPWM波数字细分驱动技术,将其应用到船舶电罗经复示器的电机控制系统中,实现了一种新型的全数字式步进电机控制系统.它以LF2407A DSP微处理器为控制器件,以专为两相/四相步进电机设计的L298N双全桥驱动芯片为功率驱动器件.     

开关磁组电动机

KCT-4型开关磁阻电动机,为四相、8/6极,单绕组驱动装置,控制器的变流器采用功率IGBT器件.     

科技动向

正中美联手研制新型硅基光子芯片科学界希望光子芯片成为未来超高速通信和运算的主要信息处理器件。中国南京大学和美国加州理工学院研究人员设计出一种新型硅基光子芯片,初步实现了光的单向无反射传输,其可与CMOS(互补金属氧化物半导体,一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料)工艺相容的新一代光子器件集成工艺设计、制备提供了新途径,拓展了光子晶体及传统超构材料的研究领域,为经典光系统中探索和发展具有量子特性的新型光子器件提供了新的研究思路。     

新型高压大功率IPM模块的封装与驱动技术

随着电压与电流密度的不断增加,对IPM模块封装的稳定性与驱动电路的可靠性提出了更高的要求.本文以赛米控(Semikron)公司采用SKiiPR○技术的SKiiP3/4系列IPM为基础,分析了在新型高压大功率IPM封装中为了提高模块热稳定性与温度循环能力所采用的无底板技术、芯片烧结技术、压接技术.论述了大功率IPM中IGBT对栅极驱动电路和各保护机制的要求.针对信号隔离脉冲变压器易磁饱和的特性,运用脉冲调制的办法,使驱动信号可以在较宽占空比范围内通过脉冲变压器传递.设计了为栅极驱动电路提供足够驱动功率的DC/DC全桥变换器.     

基于ARM和DDS的行波型超声波电机驱动技术

根据行波型超声波电机的驱动特点和要求,利用最新的技术和器件,设计了一种采用2片直接频率合成(direct digital frequency synthesis,简称DDS)芯片AD9854、高性能精简指令处理器(advanced RISC machine,简称ARM)开发板S3C2410和专用功率放大芯片PA85相结合的高性能驱动系统,该系统的最大优点是实现了输出信号的频率、相位和幅度可调.实验结果表明,该系统具有精度高、灵活性和可靠性好的数字信号处理优势.     

硅基垂直腔面光发射器件的研制

为了实现与现有集成电路工艺兼容的全硅基发光器件,提出了一种新型硅基垂直腔面光发射器件结构。它采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)方法制备的非晶硅(或非晶氮化硅)/二氧化硅交替生长的多层薄膜结构为分布式Bragg反射器(DBR),以夹在上下两个Bragg反射器之间的非晶碳化硅薄膜为中间发光层。通过设计与模拟,分析了DBR中薄膜生长顺序与层数对器件性能的影响。最后研制出光致红光发射器件和电致蓝绿光发射器件,并给出了它们的光致和电致发光谱。结果显示了在光致和电致激发下非晶碳化硅的发光和DBR对光谱的限制增强作用。     

用于微电子机械系统封装的体硅键合技术和薄膜密封技术

对静电键合、体硅直接键合和界面层辅助键合等三种体硅键合技术，整片操作、局部操作和选择保护等三种密封技术，以及这些技术用于微电子机械系统的密封作了评述，强调在器件研究开始时应考虑封装问题，具体技术则应在保证器件功能和尽量减少芯片复杂性两者之间权衡决定。     

MEMS封装中的关键技术

简要分析了MEMS(微机电系统)器件封装的难点所在，随后介绍了晶片键合，晶片级密封，倒装芯片技术等主要的MEMS封装技术。     

高功率半导体整流管芯片散热效率计算仿真研究

为了保证芯片性能,避免芯片受损,对高功率半导体整流管芯片散热效率进行计算和仿真研究。通过有限体积法进行热计算,利用质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程对热传递问题进行描述,确定高功率半导体整流芯片边界条件,给出散热效率计算公式。在恒温室的防风罩中进行测试,依据模型和边界条件,通过ANSYS参数化编程语言APDL构建高功率半导体整流芯片三维有限元模型,分析芯片散热情况。研究平行排列微通道、正交网络结构、螺旋环绕结构和树枝分形结构微通道下芯片散热效率。向有限元模型整流管芯片主体施加热载荷,获取不同基板材料的温度分布情况,得到不同基板材料下芯片散热效率。结果表明,高功率半导体整流管芯片微通道应选用树型结构,基板材料应选择Cu/Si C复合基板。     

一种高功率光纤耦合半导体激光器无水冷封装模块封装方法

无水冷封装技术在大功率,小体积,低功耗等方面呈现的发展潜力,使无制冷封装技术成为急待突破的核心技术。提供一种实现半导体激光器高功率光纤耦合输出的设计,并重点介绍了无水冷封装模块的封装方法。     

陀螺旋转驱动数字电路的实现

在给出陀螺旋转系统组成的基础上，结合旋转系统运行原理的分析，建立了目标跟踪与旋转速度的关系。通过对模拟驱动电路与数字驱动电路的比较，设计了以单片机ADuC812为核心的双电源数字式驱动电路，对电路的工作过程进行了分析，给出了该驱动电路的软件设计思想及各软件模块的功能。通过电路的软硬件调试，实现了陀螺在跟踪状态下的稳速旋转。该系统具有较强的实际使用价值。     

电动汽车驱动用永磁同步电机数字控制系统

为提高电动汽车的动力性和行驶里程,提出了车用永磁同步电动机数字化控制策略。该策略采用具有参数自调整功能的模糊P1速度控制器来提高系统的动力性和鲁棒性,采用基于空间电压矢量脉宽调制方法设计电流控制器来提高车载电源电压利用率,从而提高电动汽车的行驶里程。基于该策略开发的车用永磁同步电动机数字化控制系统实验结果证明了该策略的有效性。     

BJD6100-EV型电动公交车直流驱动系统研究

研究BJD6100-EV型电动公交车的大功率直流驱动系统的控制方法和工作特性.介绍该直流驱动系统的基本控制方法,提出续流调磁的设计思想.仿照汽油发动机测定速度特性的方法,得到了BJD6100-EV型电动公交车直流驱动系统的工作特性.在此基础上,绘制出该车的驱动力-行驶阻力平衡图,并预测了电动公交车的动力性能.通过试验,证明了该工作特性的实用性.     

第三代宽禁带功率半导体及应用发展现状

 近年来，以碳化硅和氮化镓为代表的第三代宽禁带功率半导体迅猛发展，已成为中国功率电子行业的研发和产业化应用的重点。抓住第三代宽禁带功率半导体的战略机遇期，实现半导体材料、器件、封装模块和系统开发的自主可控，对保障工业创新体系的可持续发展至关重要。在分析第三代宽禁带功率半导体重要战略意义的基础上，综述了其材料、器件研发和产业的发展现状，阐述了碳化硅及氮化镓器件在当前环境下的应用成果，剖析了第三代半导体行业存在的关键问题。建议在国家政策的进一步领导之下，发挥行业协会和产业联盟的桥梁和纽带作用，对衬底材料、外延材料、芯片与器件设计和制造工艺等产业链各环节进行整体支撑，引导各环节间实现资源共享、强强联合，上下游互相拉动和促进，形成一个布局合理、结构完整的产业链。     

半导体激光器驱动与控制系统的分析与设计

设计一种半导体激光器的驱动与控制系统, 能为半导体激光器提供高稳定度的驱动电流、 自动光功率控制和恒温控制, 提高了半导体激光器的使用寿命和输出波长的单一性.     

永磁同步电动机步进控制的电动执行器研究

文章研究了基于交流步进控制理论的永磁同步电动机控制策略及其在电动执行器中的应用,并利用DSP芯片TMS320F240设计了全数字控制器,完成了步进电源触发的执行器驱动器设计,并对本课题开发的执行器系统的结构和性能进行了分析。实验证明,系统具有良好的速度和位置控制性能。     

跌落/冲击过程中PCB板的有限元模拟

封装的可靠性是保证器件稳定,且发挥正常功能的重要性能。建立了PCB板及封装件的三维有限元分析模型,采用Input-G方法模拟封装整个跌落过程,计算PCB板的动力学响应,研究了影响跌落实验的各个参数。将Input-G简化模型与带焊点的模型模拟结果进行对比分析,模拟分析表明：Input-G简化模型可以大大节约计算时间,提高工作效率。对于PCB板而言,利用Input-G简化模型来研究其上的动力学响应是可行的。     

单片机控制的大功率IGBT逆变弧焊电源

介绍一种单片机控制的大功率IGBT逆变弧焊电源的基本结构和工作原理，其控制电路采用单片机，具有何种小、重量轻、功率大、智能度高的特点，给出了大功率IGBT逆变弧焊电源的软硬件部分及IGBT驱动电路。