迪龍電源

現(xiàn)如今，新能源電動汽車行業(yè)發(fā)展創(chuàng)新突飛猛進，車載充電機（On-Board Charger；OBC）與DC/DC轉(zhuǎn)換器（DC/DC Converter）被大規(guī)模應用于電動汽車上，在OBC和DCDC內(nèi)部高壓功率半導體SiC與Si器件也越來越多。

而宇宙輻射對功率半導體器件的影響卻很少被提及，但事實上無論什么技術的功率半導體器件都會受到輻射影響，因此在OBC和DCDC的應用中，宇宙輻射的影響需要被認知，因此，本文針對性闡述了宇宙輻射對OBC與DCDC內(nèi)部高壓功率半導體器件的影響。

宇宙輻射通過高能粒子轟擊地球，以質(zhì)子、重核為主，少數(shù)情況下可測得粒子能量高達1020eV，由于大氣層的存在，這些粒子與外大氣層的原子核碰撞產(chǎn)生二級粒子，這些二級粒子承載了原粒子的能量。

當二級粒子到達地球表面時，與致密物質(zhì)發(fā)生交互，對于高壓功率半導體器件來說，意味著有一定的幾率在阻斷區(qū)域被轟擊，粒子通常以幾百MeV（100Mev≈16PJ）的能量轟擊器件，在幾毫米距離內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對。

其中，中子是數(shù)量最多且能夠把能量集中到一點的粒子，并產(chǎn)生燒毀，稱之為單粒子燒毀（SEBs），因此中子是害的成分，當中子與高壓功率半導體器件中的Si或SiC原子核碰撞時，產(chǎn)生反沖離子，離子的動能會引發(fā)幾毫米范圍內(nèi)的電荷爆炸。

在關斷狀態(tài)下，這些電荷載流等離子體會將其內(nèi)部電場屏蔽，建立高峰值電場，在相互碰撞的過程中，峰值電場逐漸擴大，從而擴展了等離子區(qū)的范圍，等離子區(qū)的擴展最終有可能會引起電氣短路，短路的發(fā)熱會使Si融化，最終導致高壓功率半導體器件結構被破壞，從而失效。

由于失效機理是由碰撞電離過程導致的，在高壓功率半導體器件導通時，沒有高強度電場模式下是不會發(fā)生的，所以在評估器件失效率時，導通模式不用考慮。

上文提到宇宙輻射失效機制是在關斷條件下發(fā)生的，因此關斷電壓和失效率有很大關系，除此之外和海拔、溫度、芯片面積也有一定關系。

海拔越高離子密度越高，輻射引起的失效率也就越高，而溫度越高，失效率越低，溫度與失效率成反向特性。

同時芯片面積也和失效率有一定關系，面積越大，被中子轟擊的幾率也就越大。

隨著新能源電動汽車滲透率越來越高，車載OBC與DCDC安全可靠的重要性逐漸凸顯。

在產(chǎn)品試驗測試階段，宇宙輻射的影響不容易被凸顯出來，然而在長達數(shù)年的使用過程中，宇宙輻射對產(chǎn)品可靠性的影響卻很重要。

尤其是在車載OBC和DC/DC變換器電壓等級越來越高的情況下，宇宙輻射的重要性不可忽視。