電子產(chǎn)品廣泛使用半導(dǎo)體器件，這些器件負(fù)責(zé)改變電源、通信和處理信號。然而，諸如熱量、高電壓、高電流或頻率變化等壓力因素會影響器件的性能、可靠性和效率。因此，開發(fā)能夠抵抗這些壓力的半導(dǎo)體器件顯得尤為重要。一種有效減少壓力的方法是采用不對稱結(jié)構(gòu)，比如三相電流源整流器(CSR)。

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CSR是一種能夠?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電的電力轉(zhuǎn)換器，具備降壓功能。它通過在三個橋臂上各設(shè)置兩個開關(guān)來實現(xiàn)，每個開關(guān)由一個晶體管和一個二極管組成。通過改變CSR的輸入或輸出端子，可以形成不對稱結(jié)構(gòu)，從而減少開關(guān)上的電壓和電流負(fù)荷。

下面介紹一種新型的具有不對稱結(jié)構(gòu)的三相CSR，并比較它與傳統(tǒng)CSR的不同之處，包括在功率損耗、輸出濾波器、電壓和電流應(yīng)力方面的優(yōu)勢和劣勢。

在提出的CSR中，雖然器件數(shù)量與傳統(tǒng)CSR相同，但其上臂和下臂之間的連接方式不同。這種不對稱的連接方式使得輸出端子與輸入端子不同，具體表現(xiàn)在上臂的二極管和晶體管之間的連接。這種新結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電流路徑發(fā)生了微小的變化。

控制CSR的一種簡單方法是采用空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)，這也是提出的CSR調(diào)制方案的基礎(chǔ)。通過使用兩個活動向量和一個零向量，可以實現(xiàn)輸入?yún)⒖茧娏骺臻g矢量的調(diào)制，這些向量通過不同的開關(guān)狀態(tài)來選擇。

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使用不對稱結(jié)構(gòu)的CSR可以減輕半導(dǎo)體器件的壓力，這種壓力包括電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力，它們會根據(jù)CSR的工作狀態(tài)和切換時機而變化。

提出的CSR相比傳統(tǒng)CSR在開關(guān)損耗上略有增加，因為每個開關(guān)周期都會有額外的開通和關(guān)閉動作。然而，由于一半的晶體管承受的電壓和電流應(yīng)力較小，其傳導(dǎo)損耗顯著降低。這意味著提出的CSR在調(diào)制指數(shù)較低和續(xù)流時間較長時，性能優(yōu)于傳統(tǒng)CSR。

另一個優(yōu)點是，提出的CSR可以使輸出濾波器更小，因為它具有更小的輸出紋波電壓，這得益于多個自由輪道的設(shè)計。因此，提出的CSR不僅使系統(tǒng)更加強大，而且更經(jīng)濟。

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iDEAL的SuperQ技術(shù)具有非對稱結(jié)構(gòu)。

iDEAL Semiconductor 推出的 SuperQ 技術(shù)，是在討論功率器件架構(gòu)新方法時提到的一種非對稱CSR系統(tǒng)的典型例子。這項技術(shù)雖然主要采用硅材料，但同樣適用于碳化硅和氮化鎵等其他半導(dǎo)體材料。SuperQ的一個突出特點是它的不對稱、電荷平衡結(jié)構(gòu)，這一設(shè)計相較于傳統(tǒng)的超級結(jié)器件，有助于提升摻雜水平、減薄外延區(qū)域并擴大導(dǎo)電面積。

這種獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計讓SuperQ在多個方面都顯著優(yōu)于市面上的現(xiàn)有產(chǎn)品，尤其是在60V到850V的電壓范圍內(nèi)，它能夠降低電阻和減少開關(guān)損耗。此外，SuperQ的生產(chǎn)過程采用了類似CMOS的簡化工藝，適用于200毫米和300毫米的晶圓，使得選用的封裝器件具有業(yè)內(nèi)最低的電阻。

考察SuperQ對電力行業(yè)可能帶來的影響，很清楚這項技術(shù)能夠帶來顯著的好處。根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，與市場上的主要競爭產(chǎn)品相比，SuperQ能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)50%的電阻降低和70%的開關(guān)損耗減少。這些改進(jìn)不僅能提升電力系統(tǒng)的效率、可靠性和熱性能，還能簡化電力設(shè)備的生產(chǎn)和封裝過程，有望降低成本。

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值得一提的是，SuperQ技術(shù)已經(jīng)從理論走向?qū)嵺`，iDEAL Semiconductor已經(jīng)在不同的測試條件和應(yīng)用場景中成功演示了這項技術(shù)。通過一些實例，如采用TO-247封裝的650V/20A器件的電阻僅為6mΩ，以及在D2PAK封裝中100V/100A器件的電阻僅為0.8mΩ，展示了其強大的性能。

SuperQ在功率器件領(lǐng)域取得的進(jìn)步不僅提升了性能，還有潛在的成本節(jié)約，同時也展現(xiàn)了其對不同半導(dǎo)體材料的適應(yīng)性。

這些令人鼓舞的進(jìn)展預(yù)示著它可能對行業(yè)產(chǎn)生重塑作用，并且符合創(chuàng)新的三階段企業(yè)社會責(zé)任策略。盡管SuperQ和非對稱CSR都展現(xiàn)出巨大的潛力，但進(jìn)行更多的獨立評估和實際應(yīng)用測試對于全面評估它們對功率器件領(lǐng)域的影響至關(guān)重要。