换流回路的寄生参数对碳化硅MOSFET开关特性的影响

为有效评估换流回路的寄生参数对碳化硅MOSFET开关特性的影响,首先建立了考虑换流回路寄生参数的完整的碳化硅MOSFET开关暂态电路模型,该模型考虑了换流回路负载电感的寄生电容,并将换流回路的寄生电感分为二极管支路电感和其他串联电感两部分,基于所建立的模型分析了器件的开关特性.然后搭建了碳化硅MOSFET动态特性测试平...     

考虑寄生参数影响的GaN HEMT开关特性分析模型

氮化镓高电子迁移率晶体管(GalliumNitridehigh electron mobility transistor,Ga N HEMT)自商业化以来一直被认为是一种极具潜力的功率半导体器件,与传统的Si基半导体晶体管相比,具有更快的开关速度和更低的导通电阻与开关损耗。但是,其高速开关过程对寄生参数非常敏感容易产生高频振荡等问题。为了评估GaNHEMT的开关特性,基于双脉冲测试电路,该文提出了一种基于GaN HEMT的开关特性分析模型,该模型考虑了寄生电感,非线性寄生电容与非线性跨导等因素的影响,并详细推导了开通与关断周期中每一阶段的建模过程及其等效电路。将基于分析模型计算得到的开关波形与实验测试结果和LTspice软件仿真结果进行对比,验证了此分析模型的准确性。最后基于该分析模型,研究了当栅极电阻,寄生电感和寄生电容等参数变化时对开关特性的影响,为实际应用中对GaN HEMT的开关特性改善提供有益的理论支撑。     

驱动回路参数对碳化硅MOSFET开关瞬态过程的影响

在电力电子系统中,碳化硅(Si C)MOSFET的开关特性易受系统杂散参数的影响,表现为电磁能量脉冲形态属性的非理想特性,并进一步影响系统效率和可靠性。针对Si C MOSFET,首先分析控制脉冲、驱动脉冲及电磁能量脉冲三者间形态属性的关系,提取影响Si C MOSFET开关瞬态过程的关键参数,即开关过程中的dv/dt和di/dt。基于Si C MOSFET的开关过程,分析驱动回路参数对dv/dt和di/dt的影响,并通过PSpice仿真及搭建Si C MOSFET双脉冲测试实验平台进行分析和比较。在此基础上,对基于驱动回路参数的瞬态控制方法进行对比分析,为实际应用中对Si C MOSFET的开关特性改善提供重要的理论基础。     

考虑阈值迟滞的碳化硅MOSFET开关暂态解析模型

由于SiC/SiO₂界面固有的高界面态密度,阈值迟滞现象一直影响碳化硅MOSFET的可靠性。为量化评估阈值迟滞对碳化硅MOSFET开关特性的影响,首先考虑了驱动电压的上升与下降时间,建立了驱动电压非理想突变的开关暂态模型;其次,按照IEC标准得到开关延时与开关损耗的解析表达式;然后,进行了不同驱动负压下的动态特性实验并提取了开关延时与开关损耗;最后,通过实验结果与解析模型的结合,解耦并量化了驱动负压与阈值迟滞对开关特性的影响,得到了阈值迟滞影响下驱动负压与阈值电压的关系。结果表明,驱动负压与阈值迟滞均会引起开通延时降低,但阈值迟滞对其影响远大于驱动负压。驱动负压对开通损耗无影响,但阈值迟滞会导致开通损耗的降低。     

考虑寄生参数的功率MOSFET开关损耗简化计算方法

变换器设计过程中,金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的开关损耗计算是变换器散热设计和参数优化的理论依据之一.现有计算开关损耗的方法在数学建模过程中需要求解微分方程组,计算过程较为复杂,不利于实际工程应用.该文提出一种简洁易用的MOSFET开关损耗简化计算方法.首先,推导出MOSFET非线性电容及跨导系数取值...     

寄生电感对于功率MOSFET开关特性的影响

分散在MOSFET栅极、源极、漏极的寄生电感由于封装以及印制电路板（PCB）走线,改变了MOSFET的开关特性。通过仿真分析对比,指出MOSFET寄生电感存在如下特性：源极电感对栅极驱动形成负反馈,导致开关速度变慢,采用开尔文连接,可以将栅极回路与功率回路解耦,提高驱动速度;在米勒效应发生时刻需要合理地降低栅极电感来降低栅极驱动电流;漏极电感通过米勒电容影响MOSFET的开通速度,在关断时刻导致电压应力增加;在并联的回路当中,非对称的布局将导致MOSFET之间的动态不均流;当MOSFET在开关过程中,环路电感与MOSFET自身的结电容产生振荡时,可以在电路增加吸收电容减小环路电感,改变振荡特性。     

碳化硅MOSFET的变温度参数建模

为在全温度范围内准确反映碳化硅(silicon carbide,SiC)MOSFET的工作特性,提出一种基于Pspice仿真软件的SiC MOSFET变温度参数模型。该模型中引入温控电压源和温控电流源以补偿SiC MOSFET静态特性随温度的变化,同时着重考虑了SiC MOSFET的低温特性和驱动电路负压的影响。详细阐述建模原理,分析各个关键参数对SiCMOSFET静态特性及动态特性的影响,给出建模原理。搭建基于Buck变换器的SiC MOSFET测试实验样机,在不同电压点、电流点及温度点(25-125℃)下进行实验测试,并将测试结果与基于变温度参数Pspice模型的仿真波形和损耗估算结果进行比较。比较结果高度吻合,功率损耗误差在10%以内,验证了提出的变温度参数模型的准确性和有效性,为实际应用中采用SiC MOSFET器件进行系统分析和效率评估提供了重要的依据。     

用于精确预测SiC MOSFET开关特性的分析模型

为精确估算高频工作状态下SiC MOSFET的开关损耗及分析寄生参数对其开关特性的影响,提出了一种基于SiC MOSFET的精准分析模型。该模型考虑了寄生电感、SiC MOSFET非线性结电容及非线性跨导系数等参数。详细介绍了建立分析模型的原理,并给出了分析模型中各关键参数的提取方法。对比了基于分析模型计算得到的开关波形与实验测试结果,对比电压电流波形匹配度较高,证明了此分析模型的正确性。对比了分析模型的开关损耗与基于实验计算的开关损耗,对比结果显示两者存在偏差,而分析表明基于实验计算开关损耗的方法为不准确方法。最后基于所提出的分析模型分析了不同寄生参数对开关特性的影响,并为优化高频电路设计提出了建议。     

MOSFET寄生参数对纳秒脉冲源输出特性的影响

电力系统中常用脉冲注入的方式来研究电力传感器等二次设备受复杂电磁环境的影响,注入脉冲源前/后沿和幅值一般需要控制在2～50 ns和10～100 kV范围,但脉冲波形受开关器件的影响显著。因此,在此基于线性变压器驱动源的电路拓扑,研究了MOSFET器件的寄生参数对脉冲输出波形的影响。结果表明:栅源电容会减缓脉冲的前后沿,减小输出超调量,栅漏电容会引入电磁干扰(EMI),导致驱动振荡甚至失效,而主回路的能量损耗主要来源于PCB布线设计引入的寄生电感。在此研究基础上设计了扇形和矩形两种PCB布线方式,其中矩形布线的寄生电容较扇形结构减小了56%,寄生电感减小61%,驱动信号的振荡显著降低,单级模块的脉冲前沿时间为5 ns左右,输出幅值可达800 V,基于该模块的多级串联构成注入脉冲源能够满足二次系统抗EMI研究的需要。     

基于开关能量均衡的并联碳化硅MOSFET芯片筛选

由于碳化硅MOSFET芯片生产制造工艺尚不够成熟,导致芯片参数分散性很大,使其在并联应用时的开关能量产生很大的差异。特别是在高频应用中,开关能量的不均衡将造成芯片发热分布不均衡,并严重影响碳化硅MOSFET模块的可靠性。该文测试获得30个单芯片碳化硅MOSFET器件参数的分散性,建立单芯片碳化硅MOSFET器件并联动态特性测试实验平台和单芯片碳化硅MOSFET器件并联的等效电路计算模型。分别通过改变并联器件的转移特性曲线、导通电阻、栅极内阻和极间电容的差异数值,获取并联器件开关能量和开通瞬态峰值电流的不均衡度。在此基础上,提出基于开关能量均衡的并联碳化硅MOSFET芯片的筛选策略,并通过实验对计算模型芯片筛选策略进行验证。计算结果和实验结果均表明,以瞬态电流均衡为目标的并联碳化硅MOSFET芯片筛选策略,并不能够可靠地保证并联芯片开关能量的均衡,在该文所提筛选策略基础上,可以利用芯片参数对开关能量的补偿效应,实现并联碳化硅MOSFET芯片开关能量的均衡。     

高功率密度碳化硅MOSFET软开关三相逆变器损耗分析

相比硅IGBT,碳化硅MOSFET拥有更快的开关速度和更低的开关损耗。碳化硅MOSFET应用于高开关频率场合时其开关损耗随着开关频率的增加亦快速增长。为进一步提升碳化硅MOSFET逆变器的功率密度,探讨了采用软开关技术的碳化硅MOSFET逆变器。比较了不同开关频率下的零电压开关三相逆变器及硬开关三相逆变器的损耗分布和关键无源元件的体积,讨论了逆变器效率和关键无源元件体积与开关频率之间的关系。随着开关频率从数十kHz逐渐提升至数百kHz,软开关逆变器不仅能够维持较高的转换效率,还能取得更高的功率密度。最后,在1台9 kW软开关三相逆变器和1台9 kW硬开关逆变器上进行了实验验证。     

寄生参数对SiC MOSFET栅源极电压影响的研究

为分析寄生参数对开关过程中碳化硅(Si C)MOSFET栅源极电压的影响,首先建立了基于同步Buck变换器的Si C MOSFET开通和关断过程的数学模型;然后通过仿真和实验结果对比,验证了寄生参数带来的影响;最后分析了开关过程中各寄生参数对Si C MOSFET栅源极电压的影响。     

考虑寄生参数影响的芯片RC-HBM静电测试模型

采用常规的人体模型(Human Body Model, HBM)进行静电释放(Electro-Static Discharge, ESD)测试时往往容易受到寄生参数的影响,使得电源芯片抗静电能力测量值与实际抗静电能力存在偏差,导致劣质产品通过HBM ESD测试,影响电源芯片产品良品率的提升。为此,提出了一种RC-HBM模型,通过引入RC并联支路,校正因寄生参数引起的静电放电电流的偏差,满足电源芯片静电可靠性测试的要求。首先阐述了静电对电源芯片的损坏机理。其次,分析了寄生参数对ESD电流的影响,阐述了常规HBM ESD测试的局限性。并提出了一种新型的RC-HBM模型,给出了RC并联支路参数的设计依据。最后,通过批量实验验证了所提RC-HBM模型的准确性和合理性。     

考虑寄生参数影响的高压叠层母线排优化设计

以三相变流系统中的高压母线排为例,在原有独立母排基础上,设计了原格局下的和改善电容及功率器件分布格局后的叠层母线排,仿真和实验对其寄生参数进行研究。结果表明,相对于独立母排,设计的叠层母线排寄生电容参数增加,滤波效果增强;寄生电阻和寄生电感大大减小,叠层母排的寄生参数进一步降低;减小回路中的过电压和降低回路中的差模/共模干扰与近场辐射,对降低电力电子装置中的传导电磁干扰具有重要意义。     

碳化硅MOSFET与硅MOSFET的应用对比分析

碳化硅MOSFET具有导通电压低、开关速度极快、驱动能力要求相对低等特点,是替代高压硅MOSFET的理想器件之一。将额定电压、电流相同的碳化硅MOSFET和高性能硅MOSFET应用于反激式变换器中进行对比测试,实验结果表明,在相同的驱动条件和负载条件下,碳化硅MOSFET的开关速度明显快于硅MOSFET;在12 V驱动电平条件下,直接采用碳化硅MOSFET替代硅MOSFET使得变换器的效率明显提升;采用20 V栅极驱动电平,效果更加明显。     

基于温敏电参数的碳化硅MOSFET结温测量方法综述

结温测量是功率半导体器件热表征、可靠性研究、状态监测以及健康管理的重要基础,其中基于温敏电参数的方法被寄予厚望.而碳化硅MOSFET作为新一代宽禁带半导体器件,温敏电参数法在其结温测量中的应用也面临着新的挑战.该文简述温敏电参数法的发展,梳理碳化硅MOSFET温敏电参数法的研究现状,重点关注温度特性及具体实现方法,从线...     

MOSFET开关的驱动

ＭＯＳＦＥＴ开关的驱动ＤｒｉｖｅｏｆＰｏｗｅｒＭＯＳＦＥＴｓ重庆建筑大学郑洁（重庆４０００４５）重庆大学串禾（重庆４０００４４）１引言金属氧化物半导体晶体管（ＭＯＳＦＥＴ）以其低内阻、高速度、低漂移、无二次击穿和驱动功率小等特点,推动了电力电子技术的...