SiC MOSFET是一种高性能的电力电子器件,其开通/关断过程中积累/释放的栅电荷Q_(g)对MOSFET的开关速度、功率损耗等参数有重要影响。通常采用在栅极设置恒流源驱动,对时间进行积分的方法来测量Q_(g)。为了降低驱动复杂度,提高测试结果...SiC MOSFET是一种高性能的电力电子器件,其开通/关断过程中积累/释放的栅电荷Q_(g)对MOSFET的开关速度、功率损耗等参数有重要影响。通常采用在栅极设置恒流源驱动,对时间进行积分的方法来测量Q_(g)。为了降低驱动复杂度,提高测试结果精度和可视性,基于双脉冲测试平台的感性负载回路,改用耗尽型MOSFET限制栅极电流实现恒流充电,对SiC MOSFET进行测试。同时利用反馈电阻将较小的栅极电流信号转换为较大的电压信号。实验结果表明:在误差允许范围(±5%)内该测试方案能较为准确地测得SiC MOSFET的Q_(g),测试结果符合器件规格书曲线。展开更多
SiC MOSFET广泛应用于高频领域,这使其在半桥电路中极易发生串扰现象。实际情况中,半桥电路上、下桥臂的栅极电阻通常保持一致。然而,现有的串扰研究仅在某一桥臂的栅极电阻为定值的条件下分析另一桥臂中栅极电阻的影响,难以获取实际电...SiC MOSFET广泛应用于高频领域,这使其在半桥电路中极易发生串扰现象。实际情况中,半桥电路上、下桥臂的栅极电阻通常保持一致。然而,现有的串扰研究仅在某一桥臂的栅极电阻为定值的条件下分析另一桥臂中栅极电阻的影响,难以获取实际电路中的串扰特性。研究了SiC MOSFET半桥电路串扰特性,分析了上、下桥臂栅极电阻单独变化与同步变化对串扰的影响规律,并探究了不同共源极电感情况下栅极电阻对串扰电压的影响,最后搭建了动态特性测试平台,实验验证了理论分析的正确性。结果表明,与只改变关断器件的栅极电阻相比,上、下桥臂同步变化时串扰电压的正峰值更小,栅极电阻的取值范围也更宽,为半桥电路中SiC MOSFET的低干扰驱动设计提供了理论参考。展开更多
SiC MOSFET开关速度快导致其对测试平台的寄生参数较为敏感,而高电压和大电流的特性也为测试平台设计带来挑战。自主设计和搭建了一套集成化和规范化的大功率双脉冲测试平台,利用叠层母排结构的低杂感集成化设计,减小器件过快的开关速...SiC MOSFET开关速度快导致其对测试平台的寄生参数较为敏感,而高电压和大电流的特性也为测试平台设计带来挑战。自主设计和搭建了一套集成化和规范化的大功率双脉冲测试平台,利用叠层母排结构的低杂感集成化设计,减小器件过快的开关速度对主回路寄生电感的影响;通过驱动过欠压保护电路设计,减小大电流密度的影响,保证器件可靠开通和关断。为验证该测试平台的实用性,选取几种国内外不同厂家的SiC MOSFET进行主要动态参数在不同结温下的测试及分析,全面评估了器件动态特性与温度的关系,研究结果对器件的生产和应用具有一定意义。展开更多
SiC MOSFET因其高击穿电压、高开关速度、低导通损耗等性能优势而被广泛应用于各类电力电子变换器中。然而,由于其短路耐受时间仅为2~7μs,且随母线电压升高而缩短,快速可靠的短路保护电路已成为其推广应用的关键技术之一。为应对不同...SiC MOSFET因其高击穿电压、高开关速度、低导通损耗等性能优势而被广泛应用于各类电力电子变换器中。然而,由于其短路耐受时间仅为2~7μs,且随母线电压升高而缩短,快速可靠的短路保护电路已成为其推广应用的关键技术之一。为应对不同母线电压下的Si C MOSFET短路故障,文中提出一种基于漏源电压积分的自适应快速短路保护方法(drain-sourcevoltageintegration-basedadaptivefast short-circuit protection method,DSVI-AFSCPM),研究所提出的DSVI-AFSCPM在硬开关短路(hardswitchingfault,HSF)和负载短路(fault under load,FUL)条件下的保护性能,进而研究不同母线电压对DSVI-AFSCPM的作用机理。同时,探究Si CMOSFET工作温度对其响应速度的影响。最后,搭建实验平台,对所提出的DSVI-AFSCPM在发生硬开关短路和负载短路时不同母线电压、不同工作温度下的保护性能进行实验测试。实验结果表明,所提出的DSVI-AFSCPM在不同母线电压下具有良好的保护速度自适应性,即母线电压越高,短路保护速度越快,并且其响应速度受Si CMOSFET工作温度影响较小,两种短路工况下工作温度从25℃变化到125℃,短路保护时间变化不超过90 ns。因此,该文为Si CMOSFET在不同母线电压下的可靠使用提供一定技术支撑。展开更多
This paper presents a comprehensive analysis of the short-circuit failure mechanisms in commercial 1.2 kV planar sili-con carbide(SiC)metal–oxide–semiconductor field-effect transistors(MOSFETs)under 400 and 800 V bu...This paper presents a comprehensive analysis of the short-circuit failure mechanisms in commercial 1.2 kV planar sili-con carbide(SiC)metal–oxide–semiconductor field-effect transistors(MOSFETs)under 400 and 800 V bus voltage conditions.The study compares two products with varying short-circuit tolerances,scrutinizing their external characteristics and intrinsic fac-tors that influence their short-circuit endurance.Experimental and numerical analyses reveal that at 400 V,the differential ther-mal expansion between the source metal and the dielectric leads to cracking,which in turn facilitates the infiltration of liquid metal and results in a gate–source short circuit.At 800 V,the failure mechanism is markedly different,attributed to the ther-mal carrier effect leading to the degradation of the gate oxide,which impedes the device's capacity to switch off,thereby trig-gering thermal runaway.The paper proposes strategies to augment the short-circuit robustness of SiC MOSFETs at both volt-age levels,with the objective of fortifying the device's resistance to such failures.展开更多
在评估和优化半导体器件开关瞬态特性领域,解析模型因具有简单、直观、应用便捷等优点得到广泛研究。相较同等功率等级的硅基功率器件,碳化硅(silicon carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effec...在评估和优化半导体器件开关瞬态特性领域,解析模型因具有简单、直观、应用便捷等优点得到广泛研究。相较同等功率等级的硅基功率器件,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)可以应用于更高开关速度,其开关瞬态特性更为复杂,开关瞬态解析建模也更加困难。该文总结现有的针对SiC MOSFET与二极管换流对的开关瞬态解析建模方法,在建模过程中依次引入各种简化假设,按照简化程度由低到高的顺序,梳理解析建模的逐步简化过程。通过对比,评估各模型的优缺点以及适用场合,对其中准确性、实用性都较强的分段线性模型进行详细介绍;之后,对开关瞬态建模中关键参数的建模方法进行总结与评价;最后,指出现有SiC MOSFET开关瞬态解析模型中存在的问题,并对其未来发展给出建议。展开更多
基金supported by the Science and Technology Innovation Key R&D Program of Chongqing (Grant No.2023TIADSTX0037)the National Natural Science Foundation of China (Grant No.62404026)+1 种基金the General Program of National Natural Science Foundation of Chongqing (Grant Nos.CSTB2023NSCQ-MSX0475,CSTB2024NSCQ-MSX0331)the Science and Technology Research Program of Chongqing Municipal Education Commission (Grant No.KJQN202400609).
文摘This paper presents a comprehensive analysis of the short-circuit failure mechanisms in commercial 1.2 kV planar sili-con carbide(SiC)metal–oxide–semiconductor field-effect transistors(MOSFETs)under 400 and 800 V bus voltage conditions.The study compares two products with varying short-circuit tolerances,scrutinizing their external characteristics and intrinsic fac-tors that influence their short-circuit endurance.Experimental and numerical analyses reveal that at 400 V,the differential ther-mal expansion between the source metal and the dielectric leads to cracking,which in turn facilitates the infiltration of liquid metal and results in a gate–source short circuit.At 800 V,the failure mechanism is markedly different,attributed to the ther-mal carrier effect leading to the degradation of the gate oxide,which impedes the device's capacity to switch off,thereby trig-gering thermal runaway.The paper proposes strategies to augment the short-circuit robustness of SiC MOSFETs at both volt-age levels,with the objective of fortifying the device's resistance to such failures.
