SiC MOSFET模块结温监测研究

碳化硅金属氧化物半导体场效应管SiC MOSFET(silicon carbide metal oxide semiconductor field effect tra-nsistor)以其优异的材料特性成为一种很有前景的高功率密度和高效率器件,而结温是其设计和工作的一个重要参数,也是健康状态的重要指标.为了状态监控的...     

基于动态栅极电阻的SiC MOSFET主动并联均流方法北大核心CSCD

随着当今时代电力电子技术的发展,SiC MOSFET在高频、高温、高压以及大电流等场合中得到广泛应用,然而,由多管并联所导致的不均流问题成为了当下SiC MOSFET模块广泛应用中的一大阻碍。针对这一问题,文中提出一种基于动态栅电阻的SiC MOSFET模块并联均流方法,其主要原理是通过利用SiC MOSFET开关瞬间漏极电流在源极寄生电感上感应出的电压来检测电流,并通过动态调节栅极驱动电阻来实现并联模块的电流同步。最后,通过利用多脉冲实验对文中所提出的均流策略的可行性及优势进行了实验验证。结果表明,动态栅极电压主动并联均流策略可以有效改善并联模块间电流均流问题。     

共源极电感对SiC MOSFET开关损耗影响的研究

共源极电感同时存在于功率MOSFET的功率回路和门极驱动回路中,影响器件的开关特性和开关损耗。共源极电感的影响将随着器件开关速度和开关频率的提高而显得更为严重。碳化硅(SiC)MOSFET相对于硅器件的材料优势使其可以实现更快速的开关过程,共源极电感的影响更加需要考虑。首先分析了现有功率开关损耗测量方法的优劣,然后选用一种通过测量结温升和热阻的方法来测量SiC MOSFET的开关损耗,最后搭建了一台输出功率1kW、输出电压800V的全碳化硅Boost样机,从100kHz到500kHz进行实验验证。实验结果表明,当不含共源极电感时SiC MOSFET的开通损耗、关断损耗均有所减小。     

基于改进HTGB试验的SiC MOSFET栅极可靠性研究

碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的栅极可靠性考核是一项重要的可靠性测试项目,然而现行测试表征均是针对硅(Si)器件制定的,并未充分考虑SiC器件的特性.这里以阈值电压为栅极老化表征参数,首先对SiC MOSFET器件进行传统静态高温栅偏(HTGB)试验,发现阈值电压弛豫效应对测量结果影响...     

大电流下SiC MOSFET模块的暂态温度特性研究

由于碳化硅(SiC)的材料特性,在极端温度下,碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOS-FET)相对传统硅基器件有突出优势.目前对SiC MOSFET暂态温度特性的研究,主要以单管小电流实验为主,大电流下暂态温度特性的研究还不充分.为分析和验证大电流下暂态温度这一特性,在理论分析的基础上,以CREE 1200...     

基于开关轨迹优化的SiC MOSFET有源驱动电路研究综述

随着SiC MOSFET的推广,其开关暂态过程中的超调、振荡以及电磁干扰问题越来越受到人们的重视。有源栅极驱动（AGD）电路作为一种新型驱动电路,已被广泛应用于SiC MOSFET开关轨迹的优化控制。首先,该文分析AGD电路的工作原理,给出不同驱动参数对开关特性的影响;其次,着重探讨阈值触发型AGD电路的工作模式,分别从暂态定位技术、逻辑处理架构和功率放大拓扑三方面对AGD电路进行归纳总结,并评价不同技术的优缺点,给出AGD电路设计的建议流程;最后,展望基于SiC MOSFET开关轨迹优化的AGD电路的发展趋势。     

一种提高SiC MOSFET在高开关速率下栅极电压稳定性的驱动电路

高开关速率且栅极电压稳定的驱动是SiC MOSFET高频工作、进而实现功率变换系统小型化和轻量化的关键技术之一.针对如何在高开关速率下稳定驱动SiC MOSFET,并实现可靠的短路保护,根据栅源电压干扰的传导特点,基于辅助器件的跨导增益构建负反馈控制回路,提出一种SiC MOSFET栅极驱动,进而研究揭示该驱动的短路保...     

一种缓解NBTI效应引起电路老化的门替换方法

45 nm工艺下,负偏置温度不稳定性（negative bias temperature instability,NBTI）效应是限制电路的性能的首要因素。为了缓解NBTI效应引起的电路老化,提出了1个基于门替换方法的设计流程框架和门替换算法。首先利用已有的电路老化分析框架来预测集成电路在其服务生命期内的最大老化,然后以门的权值作为指标来识别关键门,最后采用门替换算法对电路中的部分门进行替换。基于ISCAS85基准电路和45 nm晶体管工艺的试验结果表明,相对于已有的方法,采用文中的门替换方法,使得NBTI效应引起的电路老化程度平均被缓解了9.11%,有效地解决了控制输入向量（input vector control,IVC）方法不适用于大电路问题。     

一种基于开通栅极电压的新型IGBT键合线老化监测方法

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistors,IGBT)的可靠运行是牵引变流器安全和性能的重要保障。键合线老化作为IGBT的一种常见失效模式,对其进行监测具有重要意义。文中提出一种基于开通栅极电压ugem的键合线老化监测方法,该方法可有效避免温度和负载电流带来的影响。首先,基于IGBT等效电路模型,系统分析ugem受键合线断裂影响的原因;其次,利用双脉冲测试进行验证,同时对温度和负载电流带来的影响进行分析;在此基础上,考虑到使用ugem局部特征将受到温度和电流的干扰,提出将开通栅极电压整体波形用于键合线老化的监测,并进一步利用有监督的线性判别分析进行数据降维以及采用支持向量机实现键合线断裂根数的检测。最后,通过实验对所提监测方法的有效性进行验证。     

考虑变温度影响的SiC MOSFET建模与分析

为了准确反映SiC MOSFET在不同温度下的电气特性,对影响SiC MOSFET电气特性的关键参数进行了分析,提出了一种SiC MOSFET等效电路模型。首先,根据SiC MOSFET阈值电压和跨导随温度变化的规律,采用函数拟合的温控电源模型对SiC MOSFET的阈值电压和漏极电流进行补偿;其次,考虑寄生电容与极间电压的关系,采用电容子电路和可变电容模型对SiC MOSFET的寄生电容进行等效模拟,根据SiC MOSFET体二极管对其静、动态特性的影响,利用独立二极管模型描述体二极管特性,进而建立SiC MOSFET的等效电路模型。最后,在不同温度条件下,对该模型进行了仿真并与实验测试结果进行了对比。结果表明所建模型较为准确地描述SiC MOSFET在较宽温度范围内的静、动态特性,验证了模型的有效性。     

SiC MOSFET特性及其应用的关键技术分析

SiC MOSFET(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)以其优越的特性受到国内外学者的广泛关注,采用SiC器件的变换器能够采用高的开关频率、适应高温工作,实现高的功率密度,在一些应用场合能够代替Si基高频开关器件而显著提高电能变换装置的性能。然而,SiC器件与Si器件存在较大的差异,在实际应用中直接替换使用会存在诸多的问题,例如提高工作频率后产生的桥臂串扰、电磁干扰EMI(electromagnetic interference)等问题。目前已有大量关于SiC MOSFET应用研究的文献,但大部分都是针对SiC MOSFET应用中个别问题的研究,尚缺少对SiC MOSFET应用研究成果的系统性归纳与总结的文献。首先基于对SiC MOSFET与Si MOSFET/IGBT(insulated gate bipolar transistor)的静态、动态特性的对比,总结出SiC MOSFET在实际应用中需要关注的重点特性;然后从SiC MOSFET建模、驱动电路设计、EMI抑制以及拓扑与控制方式的选择等方面对已有的研究成果进行归纳与评述;最后指出了SiC MOSFET在应用中所需要研究解决的关键问题。     

适用于电动汽车的SiC MOSFET PSpice仿真模型研究

为了基于PSpice电路对电动汽车DC/DC变换器中的碳化硅(SiC)MOSFET的工作特性进行实时准确地仿真,针对SiC MOSFET提出了一种新型的电压控制电流源型VCCST(voltage-controlled current source type)PSpice仿真模型。首先,为了获得SiC MOSFET准确的静态特性建立了电压控制电流源作为SiC MOSFET的内核,以描述SiC MOSFET的转移特性和输出特性;然后,为了获得SiC MOSFET准确的动态特性,建立了基于电压控制电流源与恒定电容的栅漏电容(CGD)子电路模型,所提SiC MOSFET VCCST PSpice模型在简化参数提取方法的同时,能够满足模型准确性的要求;最后,建立的SiC MOSFET VCCST PSpice模型应用于Boost变换器进行仿真和实验,并对SiC MOSFET的特性进行测试。测试结果验证了所提SiC MOSFET VCCST PSpice仿真模型的准确性和实时性,从而为SiC MOSFET在电动汽车DC/DC变换器中的设计和应用提供了便利。     

基于新型1200V碳化硅(SiC)MOSFET的三相双向逆变器的研究

研究了基于新一代宽禁带1 200 V碳化硅(SiC)MOSFET三相双向逆变器,由于SiC MOSFET的高耐压、低损耗、高开关频率特性,逆变电路的拓扑结构得到简化,并提高了功率密度和可靠性。同时,利用碳化硅MOSFET的双向第三象限导通特性,与硅基IGBT相比省略了开关器件的反并联二极管。20 k VA实验样机验证了在该中大功率三相双向逆变器中SiC MOSFET相比硅基IGBT方案的优势。     

Scattering from Body Thickness Fluctuations in Double Gate MOSFETs: An ab initio Monte Carlo Simulation Study

This paper describes the impact of surface roughness related body thickness fluctuations on the mobility in double gate MOSFETs. The analysis combines 3D drift diffusion simulations with density gradient quantum corrections and ensemble Monte Carlo simulations, which include, in an ab initio fashion, the additional scattering associated with the variation in the quantum mechanical confinement along the channel. Results for a range of devices with varying silicon thicknesses and both smooth and rough interfaces are presented in order to demonstrate the impact of this additional scattering mechanism on the mobility in the channel.     

碳化硅MOSFET特征参数随温度变化的比较研究

通过对Cree公司三代SiC MOSFET样品在-160~200℃温度下进行测试,提取出每代器件在不同温度下的阈值电压、导通电阻等特征参数。分析比较了三代产品阈值电压、导通电阻随温度的变化趋势,以及不同温度下导通电阻与栅极电压的关系。运用建立物理模型的方法,对三代产品阈值电压、导通电阻各组成部分与温度的关系进行了比较研究。解释了SiC MOSFET的阈值电压的温度变化率随产品更新而逐代降低的原因,是栅极SiO₂/SiC界面存在的陷阱密度在逐代地下降。通过TCAD仿真拟合转移特性随温度的变化,验证了新产品的界面态密度的降低,同时佐证了SiC MOSFET的技术水平在近几年有显著提升。     

基于SiC MOSFET的高速永磁同步电机驱动系统

碳化硅（SiC）材料新一代宽禁带（WBG）功率器件具有阻断电压高、通态电阻低、开关损耗小、耐高温等优异的性能,在电机驱动系统中具有广泛的应用潜力。本文将SiC MOSFET应用于燃油泵高速永磁同步电机系统中,降低系统散热体积,提高功率密度。为提高电流环动态响应,通过优化电流采样时刻对电流环进行了改进,实验结果表明系统获得了良好的性能,并扩宽了电流环带宽。     

SiC MOSFET与Si IGBT器件温度敏感电参数对比研究

功率半导体器件结温是反映器件健康状态的关键指标。目前被认为具有前景的在线实时结温提取方案是基于器件本身的温度敏感电参数TSEPs(temperature sensitive electrical parameters)法,对于Si IGBT器件温敏电参数的在线实时结温提取方法国内外已有大量文献报道,但对于宽禁带SiC器件研究甚少,且对于不同种温敏电参数的特性差异分析极为必要。因此,提出针对不同温敏电参数在SiC MOSFET和Si IGBT上的对比分析。首先对SiC MOSFET的静态和动态温敏电参数进行理论建模分析获取结温敏感依据,后续通过实验多维度对比分析温敏电参数在SiC MOSFET和Si IGBT的适用性。最后就各温敏电参数的提取电路设计进行分析对比。实验结果表明,通态电阻R_(on)和开通di/dt更适合于SiC MOSFET,而V_(TH)、t_(d-off)和V_(GP)更适合于Si IGBT。