功率半導體器件應用的案例
拆解報告 ：瑞森半導體功率器件在九陽Z2-Vmini 榨汁機上的應用
瑞森半導體于2018年開始與中國家喻戶曉的品牌九陽股份合作，并成為九陽在功率半導體器件上的長期合作伙伴。在合作期間，瑞森半導體始終堅持“首件確認，始終如一”的產品理念，得到九陽股份的高度認可與信任。
九陽Z2-Vmini榨汁機開箱展示
九陽Z2-Vmini榨汁機內含有主機、推料棒、螺桿、擠汁器、支架、果渣桶、接汁杯 、USB充電線及產品使用說明書等。
產品采用便攜式設計，體積迷你，為原汁機的3分之一。拿在手上的直觀感受，小巧而精致。
頂部面板有電量顯示，剩余電量一目了然，開關按鍵同樣位于頂部，通過開關按鍵可以控制原汁機的開/關機和正/反方向，雙擊即可啟動。這里的正反方向控制，可以更好地將原汁機縫隙里的果肉碾壓出果汁。
這款產品通過USB口為其充電，充電口附有橡膠塞，使用防水結構，4小時即可充滿，充電不受使用場景的限制，如手機插頭、車載充電以及充電寶均可。
展開 功率半導體器件的機遇與挑戰
而美國半導體巨頭安森美半導體(ON Semiconductor）也將以車載半導體為中心，擴充功率半導體產品。
中國的比亞迪也在日前表示，明年會將其IGBT的產能從現在的5萬片提升到十萬片左右。
順便說一下，IGBT的歷史并不是很久遠。1990年左右進入市場，最初并未成為人們的話題。登場的契機居然是因為用在了豐田的混合動力車--“PRIUS-普銳斯”上，自那以后，開始逐漸推廣用于汽車上。
SiC功率器件以電動車為中心，擴展用途
以IGBT為“主角”功率半導體市場很活躍，SiC功率半導體也相當備受矚目。Band gap（禁帶寬度）比硅（1.12）高3.26，熱傳導率也比硅（1.5）高4.9。在周波特性方面也很突出，在對應高電壓方面也實現了1,200V以上。可以說，對于高電壓、高電流應用方面是最合適的功率器件。
據中村先生說，“羅姆公司在本田的Clarity（一款氫燃料電池電動車）上搭載了SiC功率器件，它是世界首次用Full SiC驅動的燃料電池車，由于具有高溫條件下動作和低損耗特點，可以縮小用于冷卻的散熱片，通過高頻切換也實現了電抗器的小型化。為此，擴大了內部空間，豐田的燃料電池車MIRAI可以坐4個人，本田的Clarity實現了5人座”。
SiC功率器件的目標市場是EV、混合動力車、燃料電池車等電動車。最近也開始用于功率調節器（power conditioner）、工業機器的電源等方面。成本方面相當具有優越性。也開始搭載在鐵道上，JR的新干線N700系列等已經使用，但是只采用了三菱電機公司的Full SiC。富士電機、日立制作所、東芝等公司還沒有實現Full。
德國英飛凌同樣是SiC市場一個重磅玩家。
展開 碳化硅功率器件的性能分析與多芯片并聯應用研究--碳化硅MOSFET&功率模塊
減小開關損耗的方法，一是優化應用電路進一步提高開關速度，二是采用軟開關，兩者都是提高了設計難度，同時也增加了電路的復雜度
總結上面的SiC MOSFETＴ高性能帶來的問題，答案可能會集中在緊湊的布局設計和良好的導熱設計上，而這兩點在SiC MOSFET分立器件中都無法很好的解決，只有模塊應用才能得到比較好的綜合性能。
此外，目前關于SiC MOSFET的一個熱門應用研究是基于電動汽車電機驅動的應用，電機驅動的輸出功率較大，即使小型電動汽車也有幾十千瓦的功率等，所以單個SiC MOSFET是無法達到這樣的功率容量要求的，只有多芯片并聯的方式才能夠滿足功率需求。
SiC MOSFET目前依然價格偏高，盡管在大功率應用中可以通過冷卻系統的成本降低來減少系統總成本，但在中低功率系統中很難從其他方面（比如散熱系統簡化、無源器件減小、運行損耗降低等等）來平衡SiC MOSFET芯片的成本增加，因此從降低系統成本角度出發，對于特定功率容量的模塊，芯片數量的優化是一個需要考慮的方面。
功率模塊是SiC MOSFET的最重要封裝形式，不僅可以較容易實現功率擴容，還便于開關過程中高頻回路的優化設計，同時便于提高整機的功率密度，更好的發揮出SiC MOSFET的性能優勢。除此之外，功率模塊的散熱能力相對于分立器件要高很多，因此非常有利于在電動汽車中電機驅動方面的應用。
電動汽車的電機驅動的電路結構一般有兩種。
展開 芯導科技募資加強功率器件與IC研發，抓緊第三代半導體材料發展機遇
據招股書信息顯示，預計芯導科技公開募集資金用于投資發展項目，包括高性能分立功率器件開發和升級、高性能數模混合電源管理芯片開發及產業化、硅基氮化鎵高電子遷移率功率器件開發項目、研發中心建設項目。
芯導科技主營業務為功率半導體的研發與銷售，而功率半導體產品包括功率器件和功率IC兩大類。通過向市場公開募集資金，有利于擴大公司業務規模，增強研發實力，強化核心能力。
增強功率器件和IC的業務競爭力
據芯導科技表示，通過募投高性能分立功率器件開發和升級及高性能數模混合電源管理芯片開發及產業化項目，這兩個項目能夠對芯導科技的的主營業務進行進一步補充和提升。
2019年我國功率半導體市場規模約為940.80億元，占全球市場規模35%左右。雖然中國已經成為全球功率半導體產業的重要市場，但是由于中國的功率半導體行業發展起步相對較晚，在技術實力、產品穩定性方面與歐美同行業公司相比，仍然存在較大差距。目前我國對高性能功率器件仍依賴進口。
以功率IC中的電源管理芯片來看，全球電源管理芯片市場仍由國際規模廠商占據主要份額，如德州儀器、安森美、商升特半導體等。由于國內電源管理芯片企業起步較晚、工藝相對落后等因素，目前國內企業在技術和規模上與國際領先企業存在著一定差距。
目前功率半導體的應用范圍已從傳統的工業控制和4C產業(計算機、通信、消費類電子產品和 汽車)擴展到5G通訊、新能源、人工智能、智能電網等新領域，這些都會增加了對功率半導體器件種類多元化和性能提升的需求，同時也需要追求產品的低功耗和高能效比。
隨著5G通信、物聯網、智能家居、汽車電子、工業控制等新興應用領域的發展，功率半導體行業會踏入發展的快車道，包括TVS/ESD保護器件、MOSFET、肖特基等功率器件和功率IC的用量將會大幅度增長。
展開 
SiC功率器件的特性與系統設計應用
來源：松哥電源
JCMSuite應用-高功率半導體激光器
JCMSuite應用-高功率半導體激光器
來源:訊技光電 作者: 技術部
在本教程項目中，我們研究了加熱對實際二極管激光器模式輪廓的影響，即熱透鏡。溫度的變化會引起材料折射率的變化。這當然會影響波導模式的形狀和傳播常數。通常加熱會增加折射率，從而導致模式的橫向壓縮.
下圖是我們分析的超大型光波導激光器的截面：
二極管激光器由一個pn-結組成。用于激光模式的橫向波導是由蝕刻在結構中的兩個溝槽形成的。橫截面是由布局文件中的一些平行四邊形設置的.
熱傳導項目
為了研究溫度對傳播模式的影響，我們首先必須確定設備內的溫度分布。 相應的項目文件位于單獨的子文件夾“heat”中。 溫度分布的長度尺度當然比光學分布圖大得多。 此外，還必須考慮設備，散熱器等的整體安裝。 因此，我們增加了用于溫度模擬的布局尺寸:
熱問題和傳播模式問題的布局在基本文件夾中只在計算域的大小上不同，它裁剪所有其他定義的平行四邊形。此外，在熱布局中，我們有一個額外的平行四邊形，用來定義溝槽之間熱源的位置
在源文件中定義了以下熱源:為DomainId=1000的平行四邊形分配一個空間均勻的熱源，并為邊界指定溫度源.
熱模擬的邊界條件為:
固定的邊界條件對給定的溫度設置了溫度分布并模擬了散熱器。輻射邊界條件是熱模擬的開邊界條件，并模擬了到無限環境熱輻射。在源文件中定義了邊界的相應溫度。
在給定熱源下所得到的溫度分布如下所示:
對于熱模擬，自適應網格細化也是可用的，自適應網格細化可以清晰地細化溫度場解顯示出最顯著特征的網格.
展開 JCMSuite應用-高功率半導體激光器
在本教程項目中，我們研究了加熱對實際二極管激光器模式輪廓的影響，即熱透鏡。溫度的變化會引起材料折射率的變化。這當然會影響波導模式的形狀和傳播常數。通常加熱會增加折射率，從而導致模式的橫向壓縮.
下圖是我們分析的超大型光波導激光器的截面：
二極管激光器由一個pn-結組成。用于激光模式的橫向波導是由蝕刻在結構中的兩個溝槽形成的。橫截面是由布局文件中的一些平行四邊形設置的.
熱傳導項目
為了研究溫度對傳播模式的影響，我們首先必須確定設備內的溫度分布。相應的項目文件位于單獨的子文件夾“heat”中。溫度分布的長度尺度當然比光學分布圖大得多。此外，還必須考慮設備，散熱器等的整體安裝。因此，我們增加了用于溫度模擬的布局尺寸:
熱問題和傳播模式問題的布局在基本文件夾中只在計算域的大小上不同，它裁剪所有其他定義的平行四邊形。此外，在熱布局中，我們有一個額外的平行四邊形，用來定義溝槽之間熱源的位置
在源文件中定義了以下熱源:為DomainId=1000的平行四邊形分配一個空間均勻的熱源，并為邊界指定溫度源.
熱模擬的邊界條件為:
固定的邊界條件對給定的溫度設置了溫度分布并模擬了散熱器。輻射邊界條件是熱模擬的開邊界條件，并模擬了到無限環境熱輻射。在源文件中定義了邊界的相應溫度。
在給定熱源下所得到的溫度分布如下所示:
對于熱模擬，自適應網格細化也是可用的，自適應網格細化可以清晰地細化溫度場解顯示出最顯著特征的網格.
熱效應與光學模擬的耦合
溫度升高對光學模擬的物理影響是通過折射率的變化來模擬的。JCMsuite提供了對材料文件中定義的介電常數的熱光學校正，計算出的基本模態如下所示:
項目定義使用了基本傳播模式示例中的標準設置
展開 RS瑞森半導體-大功率開關電源的應用
另外上千瓦的大功率開關電源，要求其高效、功率密度高、體積小、重量輕、成本低，PFC線路上采用瑞森半導體碳化硅（SiC）二極管可以提升大功率開關電源的功率密度和效率，有效降低了開關損耗。
五、大功率開關電源應用產品推薦
根據大功率開關電源對MOS管的需求，推薦瑞森半導體以下產品系列：
JCMSuite應用-高功率半導體激光器
在本教程項目中，我們研究了加熱對實際二極管激光器模式輪廓的影響，即熱透鏡。溫度的變化會引起材料折射率的變化。這當然會影響波導模式的形狀和傳播常數。通常加熱會增加折射率，從而導致模式的橫向壓縮.
下圖是我們分析的超大型光波導激光器的截面：
二極管激光器由一個pn-結組成。用于激光模式的橫向波導是由蝕刻在結構中的兩個溝槽形成的。橫截面是由布局文件中的一些平行四邊形設置的.
熱傳導項目
為了研究溫度對傳播模式的影響，我們首先必須確定設備內的溫度分布。相應的項目文件位于單獨的子文件夾“heat”中。溫度分布的長度尺度當然比光學分布圖大得多。此外，還必須考慮設備，散熱器等的整體安裝。因此，我們增加了用于溫度模擬的布局尺寸:
熱問題和傳播模式問題的布局在基本文件夾中只在計算域的大小上不同，它裁剪所有其他定義的平行四邊形。此外，在熱布局中，我們有一個額外的平行四邊形，用來定義溝槽之間熱源的位置
在源文件中定義了以下熱源:為DomainId=1000的平行四邊形分配一個空間均勻的熱源，并為邊界指定溫度源.
熱模擬的邊界條件為:
固定的邊界條件對給定的溫度設置了溫度分布并模擬了散熱器。輻射邊界條件是熱模擬的開邊界條件，并模擬了到無限環境熱輻射。在源文件中定義了邊界的相應溫度。
在給定熱源下所得到的溫度分布如下所示:
對于熱模擬，自適應網格細化也是可用的，自適應網格細化可以清晰地細化溫度場解顯示出最顯著特征的網格.
熱效應與光學模擬的耦合
溫度升高對光學模擬的物理影響是通過折射率的變化來模擬的。JCMsuite提供了對材料文件中定義的介電常數的熱光學校正，計算出的基本模態如下所示:
項目定義使用了基本傳播模式示例中的標準設置
展開 JCMSuite應用-高功率半導體激光器
在本教程項目中，我們研究了加熱對實際二極管激光器模式輪廓的影響，即熱透鏡。溫度的變化會引起材料折射率的變化。這當然會影響波導模式的形狀和傳播常數。通常加熱會增加折射率，從而導致模式的橫向壓縮.
下圖是我們分析的超大型光波導激光器的截面：
二極管激光器由一個pn-結組成。用于激光模式的橫向波導是由蝕刻在結構中的兩個溝槽形成的。橫截面是由布局文件中的一些平行四邊形設置的.
熱傳導項目
為了研究溫度對傳播模式的影響，我們首先必須確定設備內的溫度分布。 相應的項目文件位于單獨的子文件夾“heat”中。 溫度分布的長度尺度當然比光學分布圖大得多。 此外，還必須考慮設備，散熱器等的整體安裝。 因此，我們增加了用于溫度模擬的布局尺寸:
熱問題和傳播模式問題的布局在基本文件夾中只在計算域的大小上不同，它裁剪所有其他定義的平行四邊形。此外，在熱布局中，我們有一個額外的平行四邊形，用來定義溝槽之間熱源的位置 在源文件中定義了以下熱源:為DomainId=1000的平行四邊形分配一個空間均勻的熱源，并為邊界指定溫度源.
熱模擬的邊界條件為:
固定的邊界條件對給定的溫度設置了溫度分布并模擬了散熱器。輻射邊界條件是熱模擬的開邊界條件，并模擬了到無限環境熱輻射。在源文件中定義了邊界的相應溫度。在給定熱源下所得到的溫度分布如下所示:
對于熱模擬，自適應網格細化也是可用的，自適應網格細化可以清晰地細化溫度場解顯示出最顯著特征的網格.
熱效應與光學模擬的耦合 溫度升高對光學模擬的物理影響是通過折射率的變化來模擬的。JCMsuite提供了對材料文件中定義的介電常數的熱光學校正，計算出的基本模態如下所示:
項目定義使用了基本傳播模式示例中的標準設置. 熱透鏡
為了量化熱透鏡的效果，我們在參考子文件夾中定義了一個參考項目。與溫度依賴模式項目的唯一區別是源文件定義:
在整個計算域上設定一個恒溫溫度
展開 JCMSuite應用-高功率半導體激光器
在本教程項目中，我們研究了加熱對實際二極管激光器模式輪廓的影響，即熱透鏡。溫度的變化會引起材料折射率的變化。這當然會影響波導模式的形狀和傳播常數。通常加熱會增加折射率，從而導致模式的橫向壓縮.
下圖是我們分析的超大型光波導激光器的截面：
二極管激光器由一個pn-結組成。用于激光模式的橫向波導是由蝕刻在結構中的兩個溝槽形成的。橫截面是由布局文件中的一些平行四邊形設置的.
熱傳導項目
為了研究溫度對傳播模式的影響，我們首先必須確定設備內的溫度分布。 相應的項目文件位于單獨的子文件夾“heat”中。 溫度分布的長度尺度當然比光學分布圖大得多。 此外，還必須考慮設備，散熱器等的整體安裝。 因此，我們增加了用于溫度模擬的布局尺寸:
熱問題和傳播模式問題的布局在基本文件夾中只在計算域的大小上不同，它裁剪所有其他定義的平行四邊形。此外，在熱布局中，我們有一個額外的平行四邊形，用來定義溝槽之間熱源的位置
在源文件中定義了以下熱源:為DomainId=1000的平行四邊形分配一個空間均勻的熱源，并為邊界指定溫度源.
熱模擬的邊界條件為:
固定的邊界條件對給定的溫度設置了溫度分布并模擬了散熱器。輻射邊界條件是熱模擬的開邊界條件，并模擬了到無限環境熱輻射。在源文件中定義了邊界的相應溫度。
在給定熱源下所得到的溫度分布如下所示:
對于熱模擬，自適應網格細化也是可用的，自適應網格細化可以清晰地細化溫度場解顯示出最顯著特征的網格.
熱效應與光學模擬的耦合
溫度升高對光學模擬的物理影響是通過折射率的變化來模擬的。JCMsuite提供了對材料文件中定義的介電常數的熱光學校正，計算出的基本模態如下所示:
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一文搞懂SiC功率器件的市場、應用和制造工藝
報告主題：一文搞懂SiC功率器件的市場、應用和制造
報告作者：Dr. Victor Veliadis
Deputy Executive Director and CTO, PowerAmerica
Professor ECE North Carolina State University, Raleigh, NC USA
報告內容包含：（具體內容詳見下方全部報告內容）
SiC/GaN 性能科普
Si、SiC 或 GaN 的選擇應用差異
汽車電氣化是寬禁帶(WBG功率器件和電子裝置的一大機遇
SiC功率器件的制造
SiC襯底的生長比Si更復雜
SiC外延技術成熟度相對較高
SiC 晶圓占 SiC 器件成本的 50-70%
高壓 (+900 V) SiC 功率器件通常采用縱向配置
SiC 器件的理想阻斷電壓由其漂移層的厚度和摻雜決定
電壓和開關頻率需求推動單極與雙極 SiC 器件的選擇
SiC制造需要投資特定的設備和開發特定的工藝
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展開 智芯研報 | 碳化硅SiC功率器件在電動汽車中的研究與應用
經過 20 多年的發展,雖然碳化硅器件目前還存在如產量低、價格高、商業化 器件種類少和缺乏高溫封裝等問題,但商業化碳化硅電力電子器件所展現出的令人驚奇的性能已經受到了普遍的關注。
▲Franco-Italian chipmaker STMicroelectronics NV is a supplier for Apple and Tesla
到2023年，SiC功率半導體市場預計將達到15億美元。
SiC器件的供應商包括Fuji、英飛凌、Littelfuse、三菱、安森半導體、意法半導體、Rohm、東芝和Wolfspeed。Wolfspeed是Cree的一部分。X-Fab是SiC的唯一代工廠商。
隨著碳化硅電力電子器件技術的研究的不斷深 入,這些問題將逐漸得到解決,更多更好的商用碳化硅電力電子器件將推向市場, 必將大大拓展碳化硅電力電子器件的應用領域。
同時,縱觀電力電子的發展歷程, 新器件的誕生會帶來整個電力電子行業的重大革命,在不久的將來,碳化硅功率器 件將成為各種變換器應用領域中減小功率損耗、提高效率和功率密度的關鍵器件。
SiC器件在電動汽車控制部件應用中存在的問題
盡管碳化硅功率器件在電動汽車驅動系統的使用中具有顯著的優勢和廣泛的應用前景，但仍有以下問題需要解決：
1）電磁兼容性問題
電動汽車電力電子裝置是電動汽車的最主要的電磁干擾源也是重要的傳播途徑，顯然，高的開關頻率會加劇電動汽車的電磁干擾。電動汽車內有大量噪聲敏感的電子設備，不良的電磁兼容設計往往對其他車載電子設備的造成干擾甚至是誤操作，給汽車留下較大的安全隱患。
此外，高頻高壓工作下的開關器件還會引起的劇烈的du/dt 和di/dt。
展開 PPT | 碳化硅功率半導體在中壓配電網中的應用
主要研究領域為大容量電力電子技術、高性能并網變換器、寬禁帶半導體器件應用技術。姬世奇博士于2015年至2020年于美國田納西大學工作，擔任研究助理教授。作為關鍵技術人員參與國家重點研發計劃1項、美國能源部支持項目4項（經費約800萬美元），研制了國際上首臺基于高壓碳化硅的光伏逆變器和異步微網接口變換器、以及用于中壓配電網的大容量多端口電能路由器。作為技術負責人參與的項目獲得美國能源部Power America項目最高評審獎。姬世奇博士與包括GE、Danfoss、Cree等電力電子領域國內外知名企業有良好的合作關系。在頂級期刊及會議發表學術論文50余篇，其中SCI收錄10余篇，獲得IEEE ICEMS、IPEMC等國際會議最佳論文獎，獲得2021年日內瓦國際發明特別金獎。在國際期刊與國際會議中擔任期刊編委、技術委員會委員等職務。姬世奇博士于2010年和2015年獲得清華大學學士和博士學位。
來源：IN-SEMI
展開 REASUNOS瑞森半導體碳化硅二極管在大功率電源上的應用
一、前言
大功率電源通常由一個變壓器、整流電路、濾波電路、功率半導體器件和開啟電路等多個部分組成。變壓器主要用于將市電的交流電壓轉換為設備所需要的直流電壓。整流電路將輸出的交流電壓轉化為直流電壓。濾波電路可對直流電壓進行過濾，使其更加穩定。功率半導體器件則用于放大輸出信號功率，實現高功率輸出功能。開啟電路在電源啟動時，會產生一個非常短暫的電壓降低，來避免高壓損壞電源的部件。
二、產品應用
大功率電源廣泛應用于各個領域，如：電子類、電力類、汽車類、航空與航天類、醫療和海洋工程類、軍事類等。在航天航空領域，大功率電源提供飛機飛行所需的全部電量。在軍事領域，大功率電源作為保證通訊的中心設備，以確保作戰的順利進行。在醫療設備領域，大功率電源用于供電給CT機、超聲波、心電圖等不同的醫療器械。
三、典型應用拓撲圖
因大功率電源要求其高效、功率密度高、體積小、重量輕、成本低等需求，大功率電源PFC電路推薦采用碳化硅二極管，可提升大功率電源的功率密度和效率，減少體積和降低成本，同時實現更高的環保效率。
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