高压大功率SiC MOSFETs短路保护方法

碳化硅(SiC)MOSFETs短路承受能力弱,研究其短路保护方法成为保障电力电子设备安全运行的重要课题。现有方法大多围绕低压小功率SiC MOSFETs,然而随着电压和功率等级的提升,器件特性有所差异,直接套用以往设计难以实现高压大功率SiC MOSFETs的快速、可靠保护。该文首先详细研究了几种常用短路检测方法;其次基于高压大功率SiC MOSFETs器件特性,深入对比分析了不同短路检测方法的适用性,提出一种阻容式漏源极电压检测和栅极电荷检测相结合的短路保护方法;最后搭建了实验平台验证所提方法的可行性。结果表明,提出的方法在硬开关短路故障(hard switching fault,HSF)下,保护响应时间缩短了1.4μs,短路能量降低了62.5%;且能可靠识别负载短路故障(fault under load,FUL)。

功率MOSFET串联均压问题研究

对工作在C类状态下频率为MHz级情况下功率MOSFET串联均压问题进行了研究,详细分析了影响MOSFET串联均压的因素。通过具体分析反馈信号对静态工作点的影响,得出适当的反馈信号有利于串联均压。大量的仿真和试验结果表明该方法的正确性。

功率MOSFET串联驱动电路设计

本文分析了功率MOSFET对驱动电路的要求,对电路中的正弦波发生电路,信号放大电路和两路隔离输出变压器进行了设计。仿真和试验结果证明了所设计驱动电路的可行性。

电压自平衡碳化硅MOSFET间接串联功率模块

目前,常见商用宽禁带碳化硅金属-氧化物场效应晶体管(SiC MOSFETs)的阻断电压不超过1.7kV,为提高其等效耐压等级,提出一种二极管-电容混合钳位的间接串联拓扑和准两电平开环调制方法,可实现拓扑中串联器件的电压自动均衡。基于此,该文利用SiC MOSFET裸芯片封装制作了一个3.6kV/20A的间接串联功率模块,并设计出与之配套的驱动保护电路,整体等效为通用中压、两电平功率模块,具有体积小、集成度高的优点。最后通过实验验证了该模块的通用性,以及其在开关损耗和经济性等方面的优势。

空间辐射环境下SiC功率MOSFET栅氧长期可靠性研究

利用等效1 MeV中子和γ射线对1200 V SiC功率MOSFET进行辐射,研究了电离损伤和位移损伤对器件的影响,并分析了辐射后器件栅氧长期可靠性。结果表明:中子辐射后器件导通电阻发生明显退化,与辐射引入近界面缺陷降低载流子寿命和载流子迁移率有关。时间依赖的介质击穿(TDDB)结果表明,栅泄漏电流呈现先增加后降低趋势,与空穴捕获和电子捕获效应有关。中子辐射后栅漏电演化形式未改变,但氧化层击穿时间增加,这是中子辐射缺陷增加了Fowler-Nordheim(FN)隧穿势垒的缘故。总剂量辐射在器件氧化层内引入陷阱电荷,使得器件阈值电压负向漂移。随后的TDDB测试表明,与中子辐射一致,总剂量辐射未改变栅漏电演化形式,但氧化层击穿时间提前。这是总剂量辐射在氧化层内引入额外空穴陷阱和中性电子陷阱的缘故。

功率MOSFET抗单粒子加固技术研究

针对功率MOSFET的单粒子效应(SEE)开展了工艺加固技术研究,在单粒子烧毁(SEB)加固方面采用优化的体区掺杂工艺,有效降低了寄生双极晶体管(BJT)增益,抑制了单粒子辐照下的电流正反馈机制。在单粒子栅穿(SEGR)加固方面,通过形成缓变掺杂的外延缓冲层来降低纵向电场梯度,减弱了非平衡载流子在栅敏感区的累积,并开发了台阶栅介质结构提升栅敏感区的临界场强。实验结果表明,经过加固的功率MOSFET在满额漏源工作电压和15 V栅源负偏电压的偏置条件下,单粒子烧毁和栅穿LET值大于75 MeV·cm^(2)/mg。在相同辐照条件下,加固器件的栅源负偏电压达到15~17 V,较加固前的7~10 V有显著提升。

带有LC串联谐振功率自均衡单元的模块化光伏直流升压变换器

该文基于半有源桥(SAB)结构,提出一种带有LC串联谐振功率自均衡单元的输入独立输出串联(IIOS)型光伏直流升压变换器。该变换器采用半有源桥隔离变换器作为子模块单元,实现输入输出电气隔离以及最大功率点跟踪(MPPT)控制,并通过多个子模块单元输出串联实现端口电压匹配以满足直流并网要求。在LC功率均衡支路作用下,该变换器能实现各子模块输出端口的均压控制,控制方法简单,二次侧通过器件复用进一步减少了开关管使用数量,且原二次侧所有开关管均能实现零电压开通(ZVS),效率较高。针对起动时可能产生的系统过电流及谐振电容过电压问题,提出软起动控制策略,保证了系统的可靠性。基于Matlab/Simulink仿真证明了所提变换器工作原理和子模块输出均压方法的可行性,最后通过搭建输出功率600 W三模块小型样机进行了实验验证。

输入串联输出并联型三电平双有源桥变换器功率与电压平衡控制策略

针对三电平半桥型输入串联输出并联(ISOP)型双有源桥(DAB)变换器的各模块参数差异而导致的模块功率不均衡传输问题,该文首先分析多模块功率不平衡原因,然后提出基于三重移相(TPS)调制的串联侧功率平衡策略。针对ISOP系统多模块间参数差异问题,提出多模块参数差异估计方法,该方法无需增加额外的电流或电压传感器,通过注入强制分量作为扰动而采集反映模块差异的特征量变化,对控制量进行补偿实现多模块功率平衡。仿真和实验结果表明,在多种扰动条件下,所提功率平衡方法可实现样机串联侧均压,在输出电压24V工况和10~435W功率范围下,系统在所提控制策略下能明显提高串联侧的电压平衡,工作效率达到90%以上。

31.5 MVA锰硅合金矿热炉中压(串联)纵向补偿功率因数调降改造设计

介绍了矿热炉中压串联补偿(纵补)装置的特殊性,及其在31.5 MVA锰硅合金矿热炉生产过程中,因工艺控制稳定炉况需要,对纵补进行功率因数调降改造的工程设计实践,达到了预期效果,对同行业类似纵补应用企业具有普遍的借鉴意义和参考价值。

考虑阈值电压漂移的SiC MOSFET功率循环寿命修正技术

在SiC MOSFET的功率循环测试(PCT)中,饱和压降主要表征键合线的老化状态,其值由导通电阻决定。SiC MOSFET的阈值电压漂移会在导通电阻中引入非键合线老化导致的芯片电阻增量,进而影响寿命判断。为了准确判定键合线失效,设计和搭建阈值电压漂移在线监测平台,并结合实测阈值电压漂移数据解耦出芯片电阻增量,进而对实测饱和压降进行补偿,实现对SiC MOSFET功率循环寿命的修正。结果表明,同一器件寿命修正前后的结果基本一致,阈值电压漂移主要影响PCT前期的饱和压降,对最终寿命判定结果没有影响。该研究成果可为SiC MOSFET封装可靠性测试提供参考。

功率MOSFET泄漏电流测试研究

功率MOSFET属于电压控制型器件,在电路中主要起到电子开关的作用。栅源施加开启电压,器件开启功率信号通过,如果器件栅源和漏源阻断时泄漏电流较大,会导致产生器件自热相应,从而降低器件可靠性。由于功率MOSFET由于自身结构和工艺本身存在寄生电容,寄生电容在充电时会出现充电电流,该充电电流会对泄露电流的测试产生严重的干扰。本文通过原理分析和实际测试模拟,结果表明泄漏电流的测试脉宽对泄漏电流的测试有着直接的影响,特别是对于芯片面积较大或寄生电容较大的功率MOSFET。

为实现高压开关,功率MOSFET应如何串联连接

因为功率MOSFET的导通电阻和耐压有以下的关系,即Rds(on)∞BVds2.4～2.7所以在总芯片面积相等的情况下,如把几个低压MOSFET串联连接,比1个高耐压MOSFET的导通电阻低。图1表示串联连接个数和导通电阻降低率之间的关系。从此图中可以看出,用串联连接比提高每个功率MOSFET的耐压更有优越性。但是。

基于功率MOSFET的高压纳秒脉冲源研究

为进行钝感火工品电安全性测试,对一种以MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)为开关元件的纳秒双快沿脉冲源进行分析与实验研究。简要介绍其结构的基础上,着重从高压场效应管的开关机理、推挽MOSFET动作时序以及主要寄生参数对输出脉冲波形影响等几方面来详细分析提高高压纳秒脉冲源输出脉冲特性的方法和途径。实验结果表明,该脉冲源可以产生脉冲上升沿约为5 ns、下降沿约为8 ns,幅值300 V左右的准方波脉冲,性能指标满足钝感火工品的电安全性试验的要求。

基于功率MOSFET的超磁致伸缩执行器驱动电源

在分析超磁致伸缩材料的驱动特性及超磁致伸缩执行器驱动电源特点的基础上 ,采用连续调整型恒流源的原理 ,并选用功率 MOSFET作为功率放大元件 ,研制出 - 3～ +3A连续可调的高精度超磁致伸缩执行器驱动电源。实际测试的结果表明其性能良好 。

同步整流功率MOSFET特性及研究现状

为了降低开关电源的功率损耗,同步整流技术采用功率MOSFET替代肖特基二极管,实现了更高的整流效率。简要介绍了同步整流技术的原理,并结合原理,深入分析了应用于同步整流的功率MOSFET与常规功率MOSFET在电学特性上的差异。总结了近年来同步整流功率MOSFET领域的研究进展。

基于移相全桥的串联升压式部分功率DC-DC变换器

首先详细分析基于移相全桥的串联升压式部分功率DC-DC变换器的工作原理和特性,与传统Boost电路相比,该变换器具有开关管和二极管电气应力低、零电压开关以及输入输出电流均连续等优点;其次,对变换器建立小信号模型,由于不存在右半平面零点,因此避免了Boost电路动态响应慢的缺点;最后,通过1.6 k W的原理样机实验验证了理论分析的可靠性。

功率MOSFET高速驱动电路的研究

基于特定情况下对驱动电路特殊的要求 ,介绍了一种输出电流大、带负载能力强的MOSFET高速驱动电路。对电路的工作特性进行了详细的讨论 ,并给出了不同频率下该电路的实验结果。

简单实用的功率MOSFET驱动电路

设计了采用脉冲变压器隔离的功率MOSFET无源驱动电路 ,可工作在任意占空比下 ,具有实用性强、电路结构简单、响应速度快、输出阻抗小等优点。介绍了该驱动电路在零电流开关电路中的简化应用 。

适合于PSPICE的一种精确的功率MOSFET等效电路

建立了一种新的功率ＭＯＳＦＥＴ等效电路，以便利用先进的电路模拟软件ＰＳＰＩＣＥ对功率ＭＯＳＦＥＴ所有特性进行模拟和分析．对ＩＲ公司的各类ＨＥＸＦＥＴ进行的模拟结果与其数据手册中的实验曲线十分吻合，表明该模型具有较高的精确性．

串联H桥多电平变频器中的功率平衡方法

在串联H桥多电平调速系统中 ,为使一相中各串联H桥单元输出功率平衡 ,需要对其相应的脉冲循环控制进行研究。传统的等控制周期循环法虽能达到此目的 ,但功率器件开关动作次数多 ,损耗大。本文提出的错位等周期循环法 ,在大多数输出电压范围内 ,功率器件开关动作次数减少一半 ,可大幅度降低开关损耗 ,提高系统效率。