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)。

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。

基于数据驱动的功率MOSFET可靠性预测综述

随着大数据和计算技术的发展,数据驱动的可靠性预测方法在电子和电力系统领域正被越来越广泛地应用。对国内外功率场效应晶体管(MOSFET)数据驱动的可靠性预测方法进行介绍和分析,揭示该方法从经典统计方法到先进机器学习方法的演变过程,对于统计学方法,介绍了高斯过程回归、自回归积分移动平均模型等经典统计学方法,以及不断优化和扩展模型以进行改进的统计学方法;对于机器学习方法,集中探讨了如支持向量机、人工神经网络以及当前不断发展的深度学习模型,最后,总结发展趋势并探讨未来研究方向。

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。

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 。

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．

新型双功率MOSFET管谐振驱动电路

提出一种新型双功率MOSFET管互补谐振驱动电路,对电路的工作原理、性能特性和关键电路参数设计进行分析,并建立仿真和样机实验。该驱动电路由1个变压器和6个半导体器件组成,类似反激变换器的电路结构,并且以谐振方式工作。理论分析表明,该电路具有拓扑结构和控制简单、驱动损耗低、驱动速度快、驱动电路中的开关管实现了部分软开关等优点。仿真和实验结果验证了理论分析。

功率MOSFET反向特性的分析模拟

本文对功率MOSFET的反向特性进行了模拟，着重分析了N沟功率MOSFET体内集成二极管的独特的作用，并对P沟器件在特性模拟时由于PSPICE模型参数的限制而表现出来的误差进行了分析，提出了改善措施，并得到了与实际相符合的结论．

MOSFET功率管器件单粒子烧毁效应(SEB)截面测量

对MOSFET功率管进行了16O、35Cl、79Br离子及高剥离态127I离子的单粒子烧毁(SEB)效应截面测量,得到了SEB截面相对于线性能量转移(LET)值的曲线。对两种类型10片MOSFET功率管器件的SEB截面进行了测量。研究了器件在不同工作条件下,如不同的漏源电压VDS和栅源电压VGS条件下的SEB效应。在相同条件下,127I的SEB截面比79Br的高近两个量级。

星用功率MOSFET器件单粒子烧毁试验研究

针对国产功率MOSFET器件JTMCS081和JTMCS062,利用实验室的MOSFET器件单粒子烧毁试验测试系统,在252Cf模拟系统上开展了单粒子烧毁评估试验研究。通过试验研究获得了被试器件单粒子烧毁的电压阈值,为被测器件在卫星型号的使用提供技术参考依据。

SiC MOSFET与Si MOSFET在开关电源中功率损耗的对比分析

碳化硅(SiC)MOSFET是一种新型高压功率开关器件,具有导通电阻低、开关速度极快的特点。本文分析了功率MOSFET在开关电源中的功率损耗,以1 200 V/24 A的SiC MOSFET和硅(Si)MOSFET在相同的测试条件下进行了功率损耗的对比测试。实验结果表明,在相同的驱动条件和负载条件下,SiC MOSFET的开关速度明显快于Si MOSFET,同时功率损耗明显降低,即使直接采用SiC MOSFET替代Si MOSFET也会使得开关电源的效率明显提升。

可编程双向功率MOSFET恒流源的研制

介绍了一种可编程双向功率MOSFET恒流源的组成及原理，并通过实际测试，表明其性能良好。

桥式拓扑结构功率MOSFET驱动电路设计

针对桥式拓扑功率MOSFET因栅极驱动信号振荡产生的桥臂直通问题,给出了计及各寄生参数的驱动电路等效模型,对栅极驱动信号振荡的机理进行了深入研究,分析了驱动电路各参数与振荡的关系,并以此为依据对驱动电路进行参数优化设计,给出了实验波形。理论分析和实验结果表明,改进后的驱动电路成功地解决了驱动信号的振荡问题,从而保证了功率MOSFET能够安全、可靠地运行。