SiC MOSFET短路特性评估及其温度依赖性模型

SiC MOSFET可以大幅提升变流器的效率和功率密度,具有重要的应用前景。但是,一旦负荷侧或直流侧发生短路,以及串扰引起的误导通,都会导致上下桥臂直通。因此,评估SiC MOSFET器件的短路耐受能力,研究直流母线电压和环境温度对短路耐受时间、临界短路能量的影响规律,可给SiC MOSFET器件的应用及其保护电路的设计提供指导,具有重要的研究价值。该文首先详细阐述SiC MOSFET硬开关短路过程的机理,随后搭建相应的测试平台,并选取两种额定电压、电流相近的商业化SiC MOSFET器件,在不同直流母线电压和环境温度条件下,评估短路电流的特性。实验结果表明,随着直流母线电压的增加或环境温度的升高,短路耐受时间降低;临界短路能量随着温度的升高而降低,但受直流母线电压的影响较小。基于器件的物理结构和Spice模型,建立不同尺度的热网络模型,根据实验数据计算短路过程的损耗,并输入到具体的热网络中,得到短路过程芯片的层间温度分布,热仿真结果表明芯片在结温800℃左右发生热击穿,这一失效温度对应的短路耐受时间和实验结果基本吻合。