基于源极电感检测法的SiC MOSFET短路保护电路研究

碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)凭借高工作温度、高开关频率和低导通损耗等优点,被广泛应用于高压、高温和高工作频率场合,但SiC MOSFET的短路耐受时间较小,仅为2～5μs,这对SiC MOSFET的短路保护电路提出了更高的要求.首先总结分析SiC MOSFET短路故障特性,然后基于源极电感...     

一种SiC MOSFET快速短路保护电路研究

碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)具有工作频率高、耐温高、临界击穿场强高和寄生参数小等特点,广泛应用于高功率密度和高开关频率场合。首先总结分析了各种短路过流检测方法,然后基于分流器检测法设计了一款SiC MOSFET短路保护电路,最后简要分析其工作原理,并进行实验验证。实验结果表明,所设计的SiC MOSFET短路保护电路,能在发生短路的1μs内完成保护动作,确保器件的安全运行。     

基于通态漏源电压的SiC MOSFET结温估计方法

以通态漏源电压为热敏感电参数(TSEP)来估计碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)模块的结温。首先,将SiC MOSFET模块的通态漏源电阻分为芯片通态漏源电阻和封装电路电阻两部分。当漏极电流在导通电路中流过时,相应产生芯片通态漏源电压降和封装电路电压降,从而得到SiC MOSFET模块的通态漏源电压降的测量及计算方法。其次,分析SiC MOSFET模块的芯片通态漏源电阻和封装电路电阻的温度特性,并得到整个模块通态漏源电阻的温度特性。最后,提取SiC MOSFET模块的通态漏源电阻、芯片通态漏源电阻和封装电路电阻,利用芯片通态漏源电压降和封装电路电压降的温度特性关系得到SiC MOSFET模块通态漏源电压解析模型,该方法可以实现实时监测结温的目的。理论和实验结果证明了该方法的可行性。     

MOSFET漏源极电压反馈限流

介绍了一种脉宽调制(PWM)电机调速系统的电流控制方法。根据MOSFET的自身导通电压与电流之间的关系特性,对MOSFET漏-源极电压进行采样,并结合控制触发脉冲,实现了对功率器件的脉宽限制,达到了电流限制目的,从而省去了电流直接检测元件,具有很好的实际应用价值。     

基于SiC MOSFET的新型直线变压器驱动源设计

采用新一代半导体开关器件碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),通过新型平面式布局升压技术和优化同步触发电路,设计出一种可获得快上升沿、短脉冲的直线变压器驱动源(LTD)。该驱动源由8级LTD串联而成。此处在阐明LTD工作原理的基础上,详细分析LTD主电路参数的设计,以及8级串联结构的设计,并结合Pspice软件仿真与具体实验,充分验证了该驱动源设计的可行性。实验结果表明,该驱动源在200Ω负载上,可获得峰值电压约3.8 kV,上升沿约25 ns,下降沿约30 ns,整个脉冲宽度约100 ns输出,并实现在一定范围内输出脉宽可调。     

基于功率MOSFET导通压降的短路保护方法

介绍了一种基于检测功率MOSFET导通压降实现短路保护的方法.该方法利用功率MOSFET自身导通电阻产生的导通压降,来得到保护控制信号,实现对功率MOSFET的保护.经实验及工程应用验证,该方法具有保护动作速度快,电路结构简单、可靠的特点.     

用于SiC MOSFET开关电压测量的非接触式电场耦合电压传感器EI北大核心CSCD

准确测量碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)开关电压是评估SiC MOSFET开关特性、计算开关损耗、优化变换器设计的关键。随着SiC MOSFET开关速度、耐压及功率密度的提升,开关电压测量难的问题逐渐凸显,因此对电压传感器的带宽、耐压和侵入性提出了新的要求。该文以SiC MOSFET的开关电压为研究对象,根据目前开关电压的测量需求,提出一种利用电场耦合原理测量开关电压的非接触式电压传感器,并设计混合积分电路对传感器输出信号进行电压重构。在此基础上,通过仿真和计算着重分析电场耦合电压传感器的结构和电路参数的设计依据。传感器带宽范围为5Hz~260MHz,量程为-1000~+1000V,输入电容约为0.73pF,最后利用双脉冲测试,将其与商用示波器探头的测量结果进行对比,验证电场耦合电压传感器的准确性。     

基于UsS的SiC MOSFET模块键合线状态监测方法

针对大功率碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)模块内部键合线健康问题,分析了键合线发生老化和失效的根本原因,讨论了键合线寄生阻抗及其变化对模块内部电流分布的影响,给出了稳态工况下电流分布的数学模型。最后,提出了一种基于关断瞬态辅助源极s与功率源极S间感应电压的键合线健康状态监测方法,搭建了模块老化的实验平台。实验结果表明,感应电压随着键合线老化而逐渐增大,当发生芯片级失效时,感应电压的变化较为明显,验证了所提方法的正确性。     

提升桥式电路中SiC MOSFET关断性能和栅极电压稳定性的有源驱动电路研究

碳化硅金属氧化物半导体场效应管(siliconcarbide metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor, SiC MOSFET)以其低开关损耗、高工作频率、高开关速度等优点越来越广泛地应用于各类电力电子变换器。然而,电路中寄生电感的存在、过高的开关频率和速度,会使得SiC MOSFET在关断瞬态产生漏极电压尖峰和振荡,严重情况下可造成雪崩击穿;并且加剧栅极电压的串扰(crosstalk)现象。上述问题不仅对半导体器件的安全运行构成威胁,而且会恶化电力电子变换器的高频电磁干扰问题。为此,文中首先分析SiC MOSFET关断过程瞬态电压尖峰和振荡以及串扰的形成机理,并在此基础上提出一种基于dv/dt检测的提升SiC MOSFET关断性能和栅极电压稳定性的有源驱动电路。该驱动电路通过检测关断过程中漏极电压上升的斜率,在漏极电流下降阶段抬升栅极电压,从而抑制漏极电压尖峰和振荡;在串扰发生阶段构造低阻抗回路来有效抑制栅极的串扰尖峰。实验结果表明,所提有源驱动电路不仅能够有效抑制SiC MOSFET关断过程漏极电压的尖峰和高频振荡,而且能够有效抑制栅...     

基于改进HTGB试验的SiC MOSFET栅极可靠性研究

碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的栅极可靠性考核是一项重要的可靠性测试项目,然而现行测试表征均是针对硅(Si)器件制定的,并未充分考虑SiC器件的特性.这里以阈值电压为栅极老化表征参数,首先对SiC MOSFET器件进行传统静态高温栅偏(HTGB)试验,发现阈值电压弛豫效应对测量结果影响...     

大电流下SiC MOSFET模块的暂态温度特性研究

由于碳化硅(SiC)的材料特性,在极端温度下,碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOS-FET)相对传统硅基器件有突出优势.目前对SiC MOSFET暂态温度特性的研究,主要以单管小电流实验为主,大电流下暂态温度特性的研究还不充分.为分析和验证大电流下暂态温度这一特性,在理论分析的基础上,以CREE 1200...     

一种基于门极电压阈值检测的SiC MOSFET结温在线监测方法

碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor,MOSFET)作为第三代功率器件的代表,已被广泛用于小容量高频领域,其可靠性问题备受关注。结温过高是制约SiC MOSFET可靠性的重要因素。然而,碳化硅器件高开关频率增大了动态参数测量的难度和成本。与硅基器件相比,其导通压降和导通电阻等稳态参数对结温的敏感性较低。因此,主流的热敏电参数法无法有效地在线监测结温。已有研究表明:门极阈值电压与结温密切相关,但这种通过门极阈值电压监测结温的方法易受电流震荡影响且测量电路复杂,故监测效果差强人意。为此,文中提出一种新型的基于门极电压阈值检测的SiC MOSFET结温监测方法。首先,理论推导结温与门极阈值电压之间的解析表达式,发现其呈线性关系。其次,提出一种多项式拟合门极阈值电压测量方法,并设计与之匹配的电流采样测量电路。最后,通过基于H桥单相逆变电路的在线监测试验证明该方法的有效性。研究表明:新型结温监测方法具有以下突出优势:1)不易受开关过程震荡的影响,监测精度高;...     

基于级联常通型SiC JFET的快速中压直流固态断路器设计及实验验证

固态断路器(solid state circuit breaker, SSCB)是直流配电网中实现快速、无弧隔离直流故障的关键保护装置。首先提出了一种基于级联常通型碳化硅(silicon carbide, SiC)结型场效应晶体管(junction field effect transistor, JFET)的新型中压直流SSCB拓扑,直流故障发生时利用金属氧化物压敏电阻(metal oxide varistor, MOV)向SSCB主开关级联常通型SiC JFET器件的栅源极提供驱动电压,可快速实现直流故障保护。其次详细分析了SSCB关断和开通过程的运行特性,并提出了SSCB驱动电路关键参数设计方法。最后研制了基于3个级联常通型SiC JFET器件的1.5 kV/63 A中压SSCB样机,通过短路故障、故障恢复实验验证了设计方法的有效性。结果表明该SSCB关断250 A短路电流的响应时间约为20 s,故障恢复导通响应时间约为12 s,为中压直流SSCB的拓扑优化设计和级联常通型SiC JFET器件的动静态电压均衡性能提升提供了支撑。     

SiC MOSFET栅源回路参数的串联扰动研究

为了使SiC MOSFET工程运用时避免串联扰动的威胁,研究栅源回路参数对串联扰动的影响是很有必要的.研究通过对栅源回路参数的调控,将串联扰动现象分为正压尖峰与负压尖峰两部分进行分析,确定影响串扰电压尖峰的参数,为驱动回路参数设计提供方向性意见.首先建立拓扑简化模型,理论分析影响电压尖峰的栅源回路参数,随后搭建实验平台...     

改善SiC MOSFET开关特性的有源驱动电路研究

针对碳化硅金属氧化物半导体场效应管(SiC MOSFET)开关过程中存在的电流、电压过冲和振荡问题,首先对SiC MOSFET的开关过程进行详细分析,得出电流、电压过冲和震荡的产生机理,然后根据影响过冲和振荡的关键因素,分别提出了电流注入型、变电压型和变电阻型有源驱动电路,并通过LTspice仿真软件验证了所提有源驱动...     

一种提高SiC MOSFET在高开关速率下栅极电压稳定性的驱动电路

高开关速率且栅极电压稳定的驱动是SiC MOSFET高频工作、进而实现功率变换系统小型化和轻量化的关键技术之一.针对如何在高开关速率下稳定驱动SiC MOSFET,并实现可靠的短路保护,根据栅源电压干扰的传导特点,基于辅助器件的跨导增益构建负反馈控制回路,提出一种SiC MOSFET栅极驱动,进而研究揭示该驱动的短路保...     

基于PZT压电陶瓷的SiC MOSFET缓冲吸收电路EI北大核心CSCD

在高速关断过程中,碳化硅(silicon carbide,SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管器件呈现出严重的电压过冲和振荡,降低器件电压裕量。通常,采用缓冲吸收电路改善SiC器件的关断电压轨迹。然而,现有研究忽略SiC器件与吸收电路的交互规律和工作温度对吸收电路性能的影响,限制缓冲吸收电路的应用。针对这些问题,该文提出一种基于锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)压电陶瓷的缓冲吸收电路,分析PZT的温度特性,通过建立半桥电路与PZT缓冲吸收电路的高精度交互模型,揭示PZT缓冲吸收电路与SiC器件的耦合规律,利用特征方程-根轨迹方法,定量刻画PZT缓冲吸收电路的参数设计域。对比评估工作温度对多种缓冲吸收电路性能的影响。实验结果表明,所提设计方法能很好地抑制关断电压过冲与振荡,验证设计方法的有效性。相较于传统RC缓冲吸收电路,PZT缓冲吸收电路在工作温度发生变动后,仍然具有很好的抑制效果,且抑制效果随工作温度的上升而不断增强。为SiC功率器件的暂态稳定性分析,以及功率模块和缓冲吸收电路的集成设计,提供有益的参考。     

微机式自适应电压速断保护的研究

为了克服传统电压速断保护的动作性能受运行方式变化影响的缺点,提出了利用在线实时计算系统电源侧综合阻抗的方法实现微机式自适应电压速断保护,分析结果表明它比传统的电压速断保护有着非常明显的优越性。     

微机式自适应电压速断保护的研究

为了克服传统电压速断保护的动作性能受运行方式变化影响的缺点 ,提出了利用在线实时计算系统电源侧综合阻抗的方法实现微机式自适应电压速断保护 ,分析结果表明它比传统的电压速断保护有着非常明显的优越性。