SiC MOSFET串联短路动态特性

在电力电子系统中,因器件击穿、硬件电路缺陷或系统控制失误导致碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)误开通时,桥臂电流回路中多个器件处于开通状态,形成串联短路故障.该文以SiC MOSFET半桥电路为研究对象,详细介绍SiC MOSFET串联短路的动态过程,理论分析负载电流、栅极驱动电压和结温温升对...     

SiC MOSFET静态温度特性研究

以实际碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件为对象,首先测试了不同温度下的转移和输出特性,获取了温度对其阈值电压、跨导、导通电阻和内栅极电阻的影响规律,接着基于所得到的温度特性实验结果,建立了SiC MOSFET静态等效电路模型,最后对该模型进行了验证。结果表明,温度对SiC MOSFET静态特性及参数的影响较为明显,所建立的等效电路模型能正确反映SiC MOSFET的静态特性。     

SiC MOSFET短路特性及过流保护研究

为了提高电力电子装置中SiC MOSFET可靠性,对SiC MOSFET短路特性和过流保护进行研究。首先在不同的母线电压和环境温度下,对处于短路状态的SiC MOSFET的电流IDS和导通压降V₍DS(ON))进行测量和分析,在此基础上设计基于V₍DS(ON))检测的过流保护电路,比较两种消隐电路对保护的影响,实验证明,在消隐电路工作时,较大的充电电流可有效缩短保护时间,但电路功率消耗较大。针对半桥直通短路,根据SiC MOSFET的工作特性,提出一种基于门极电压V_GS检测的直通短路保护方法,将半桥两只SiC MOSFET的V_GS电压于门极阈值电压比较,如果同时超过阈值电压,可判断发生直通短路,实验表明,提出的保护方法具有保护时间快,短路电流小的特点,与V₍DS(ON))检测的过流保护电路配合,可以有效地保护SiC MOSFET。     

SiC超结MOSFET的短路特性研究

SiC超结MOSFET设计基于N/P柱的电荷补偿效应,在保证耐压的同时具有较低的导通损耗和更快的开关速度,因此对SiC超结MOSFET可靠性的分析研究有助于深入理解器件工作机理,为更好地应用提供必要的理论支撑。基于TCAD Sentaurus模拟软件,对1 200 V电压等级的传统SiC MOSFET结构和SiC超结MOSFET结构进行建模。首先对比了2种器件的基本电学参数,然后重点分析了短路特性差异,在相同短路条件下对器件内部的物理机理进行了分析。结果表明SiC超结MOSFET可以有效地提高器件的击穿电压和导通电阻,同时表现出更好的短路可靠性。进一步分析了不同的偏置电压下SiC超结MOSFET的短路特性,结果表明,随着外部施加偏置电压增加,器件的短路耐受时间减小,同时短路饱和电流也会相应增大。     

SiC MOSFET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)在高频、高压、大功率场合的研究和应用越来越多,能够提升变流器的效率和功率密度,而短路保护技术是SiC MOSFET驱动电路的关键,对变流器的安全可靠工作尤为重要。首先分析总结了SiC MOSFET短路保护电路的特点,结果表明基于检测漏源极电压的短路保护方法更易于工程实现。在此基础上,针对两种漏源极电压保护电路方案,研究了其参数设计方法,分析了不同故障条件下的延迟时间,并进行实验验证。仿真与实验结果表明,漏源极电压检测方法能对SiC MOSFET进行有效保护,采用比较器和基准电压的漏源极电压保护电路更易于设计,在应用中可靠性和稳定性较高。     

SiC MOSFET短路保护技术综述

随着电力电子技术的飞速发展,SiC MOSFET以优异的材料特性在高频、高压、高温电力电子应用中展现了显著的优势。然而,SiC MOSFET较高的开关速度与较弱的短路承受能力对短路保护技术带来了新的挑战。该文首先介绍SiC MOSFET不同短路类型以及短路测试方法;其次对SiC MOSFET短路失效模式及失效机理进行分析;然后详细梳理现有SiC MOSFET短路检测与短路关断技术的原理与优缺点,讨论现有SiC MOSFET短路保护技术在应用中存在的问题与挑战;最后对SiC MOSFET短路保护技术的发展趋势进行展望。     

SiC MOSFET及Si IGBT串联短路动态特性研究

针对因器件击穿、控制失效等问题导致的串联短路现象,基于半桥结构分析了SiC MOSFET及Si IGBT不同的串联短路动态分压特性。同时,结合开关过程中电压、电流的变化分析串联短路分压原理,并在输出特性曲线上标注器件的分压路径。实验结果表明,驱动电压、负载电流、母线电压等外部驱动参数对两种器件串联短路分压特性的影响不同,其中反向负载电流改变了串联短路的分压趋势且对串联短路特性影响最大。充分认识器件的串联短路机理对改进短路保护具有现实意义。     

SiC MOSFET开关损耗模型

相比于硅(Si)功率器件,碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)具有耐高温、耐高压、低导通电阻、快速开关等优势,能够极大提升开关速度、减小损耗。传统封装所引入的寄生电感(特别是共源极寄生电感)及SiC MOSFET自身特性参数的非线性现象对于SiC器件的损耗有待进一步评估。针对上述问题提出一种SiC MOSFET的开关损耗模型,并采用热学方法进行了开关损耗的测试。实验结果验证了该模型的准确性,为SiC MOSFET的电路设计提供指导和帮助。     

SiC MOSFET短路检测与保护研究综述

随着宽禁带半导体器件的发展,SiC MOSFET被广泛应用于工业领域,其短路保护也越来越多地为人们所重视。本文首先对SiC MOSFET的短路类型进行讨论,给出不同短路类型下的主要电路波形;然后本文对近年来SiC MOSFET短路检测与保护方法进行概述,详细介绍去饱和检测法、电感检测法、门极电压检测法以及基于罗氏线圈的短路检测法的原理,归纳总结各种检测方案的优缺点;最后提出一种降栅压短路保护电路,实现了SiC MOSFET在短路情况下的两级快速保护。     

SiC MOSFET特性及其应用的关键技术分析

SiC MOSFET(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)以其优越的特性受到国内外学者的广泛关注,采用SiC器件的变换器能够采用高的开关频率、适应高温工作,实现高的功率密度,在一些应用场合能够代替Si基高频开关器件而显著提高电能变换装置的性能。然而,SiC器件与Si器件存在较大的差异,在实际应用中直接替换使用会存在诸多的问题,例如提高工作频率后产生的桥臂串扰、电磁干扰EMI(electromagnetic interference)等问题。目前已有大量关于SiC MOSFET应用研究的文献,但大部分都是针对SiC MOSFET应用中个别问题的研究,尚缺少对SiC MOSFET应用研究成果的系统性归纳与总结的文献。首先基于对SiC MOSFET与Si MOSFET/IGBT(insulated gate bipolar transistor)的静态、动态特性的对比,总结出SiC MOSFET在实际应用中需要关注的重点特性;然后从SiC MOSFET建模、驱动电路设计、EMI抑制以及拓扑与控制方式的选择等方面对已有的研究成果进行归纳与评述;最后指出了SiC MOSFET在应用中所需要研究解决的关键问题。     

1200V/36 A SiC MOSFET短路特性的实验研究

短路能力是衡量功率半导体器件(IGBT、SiC MOSFET等)性能的重要指标,然而SiC MOSFET的短路性能还没有得到充分的研究。为掌握SiC MOSFET在短路工况下的特性,设计一套SiC MOSFET非破坏性短路测试实验平台,从短路脉冲宽度、栅源极电压UGS、栅极电阻RG、漏源极电压UDS、杂散电感LS、壳温度TCASE等方面对1 200 V/36 A SiC MOSFET的短路特性进行全参数实验,综合评估和分析SiC MOSFET器件在不同参数下发生短路的开关瞬态特性。     

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。     

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...     

基于SPICE模型的SiC MOSFET静动态特性分析

基于C2M系列SPICE模型,对碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)静动态特性进行分析。结果表明该模型在工作结温较低时,与数据手册提供的静态特性曲线较吻合,但工作结温较高时对SiC MOSFET静态特性模拟效果较差,于是在该模型基础上增加一个温控电压源,以补偿工作结温上升带来的影响。之后,通过双脉冲测试,对比分析该模型对SiC MOSFET动态特性的模拟效果。经过上述静、动特性的分析,发现该模型可较为准确地反映低结温时器件的真实工作特性,增加温控电压源后也适用于高结温工作状态。     

SiC MOSFET与SiC SBD换流单元瞬态模型

相较于硅(Si)器件,碳化硅(SiC)器件所具有的高开关速度与低通态电阻特性增加了其瞬态波形的非理想特性与对杂散参数影响的敏感性,对其瞬态建模的精度提出更高的要求。通过功率开关器件瞬态过程的时间分段、机理解耦与参数解耦,突出器件开关特性,弱化物理机理,简化瞬态过程分析,建立基于SiC MOSFET与SiC SBD的换流单元瞬态模型。理论计算结果与实验结果对比表明,该模型能够较为精细地体现SiC MOSFET开关瞬态波形且能够较为准确地计算SiC MOSFET开关损耗。该模型参数可全部由数据手册提取,有较强的实用性。     

高速SiC MOSFET开关特性的测试方法

为正确地评估高速SiC MOSFET的开关特性,基于双脉冲测试平台对精准的测试方法进行研究。首先,仿真证明电路中寄生电感对SiC MOSFET开关特性的影响,优化设计PCB布局以减小寄生电感,对比PCB布局优化前后的测试结果。其次,对比分析续流二极管的结电容以及负载电感的寄生电容对SiC MOSFET开通特性的影响。然后,对比分析使用不同带宽的非隔离电压探头、不同电压探头地线连接方式、不同电流测试设备对测试结果的影响,并说明电压与电流波形之间相位延迟对开关能量损耗的影响。最后,对比分析不同测试点对测试结果的影响。     

SiC MOSFET体二极管反向恢复特性研究

详细分析了新型功率器件SiC MOSFET的结构特点及其寄生体二极管的反向恢复机理,推导了反向恢复过程的电压与电流计算;同时,搭建了双脉冲实验测试平台,通过实验和仿真的方法,测试了不同关断电压、正向导通电流和串联寄生电感这些最常见的外部因素对SiC MOSFET寄生体二极管反向恢复特性的影响;此外,对比测试了同电压等级的SiC MOSFET、Si MOSFET寄生体二极管和快恢复二极管的反向恢复性能。相关结果表明SiC MOSFET寄生体二极管可以作为变换器中的续流通道而不必额外再单独反并联快恢复二极管,对实际工程应用有一定的借鉴意义。     

SiC MOSFET器件抗辐照特性研究

针对SiC功率金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)器件进行了抗辐照试验的研究,利用实验室环境模拟空间辐照进行了试验,采用~(60)Coγ射线源与测试系统开展了总剂量辐照试验研究,对SiC MOSFET器件的阈值电压与导通电阻的漂移进行了表征,得到辐照后阈值电压的漂移小于0.8 V,导通电阻的变化小于0.02?。同时采用Br、I、Au三种离子作为单粒子辐射源,研究了SiC MOSFET器件的单粒子栅穿(single event gate rupture,SEGR)和单粒子烧毁(single event burnout,SEB)机制。通过试验获得了SiC MOSFET器件抗辐照特性参数,为其在航空、航天等领域中的应用提供了技术参考。     

关于SiC MOSFET雪崩特性的探讨

针对SiC MOSFET的雪崩特性,利用UIS测试原理,通过功率半导体雪崩耐量测试台,对几大主流制造商的SiC MOSFET器件进行了毁坏性和非毁坏性的雪崩测试。通过测试,发现了同步信号高频震荡和雪崩电流采样不可靠的问题,提出了外接电流探头、与同步信号隔离的方法,改善了雪崩测试的可靠性。     

SiC MOSFET高温可靠性评估失效机理研究

碳化硅(SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件具有耐高压、耐高温、开关频率高、导通电阻低等特性,但现有的封装材料、工艺在一定程度上限制了SiC MOSFET器件充分发挥其高温特性的优势.以国际主流厂商的SiC MOSFET器件为对象,进行极限高温可靠性评估.对试验后失效器件进行失效机理分析,提出导致...