新型超级结MOSFET器件在PFC应用中的优势

超级结(Super-Junction)MOSFET器件基于电荷平衡技术,在减少导通电阻和寄生电容两方面提供了出色的性能,这通常需要折中权衡。有了较小的寄生电容,超级结MOSFET具有极快的开关特性并因此减少了开关损耗。自然地,这种快速开关特性伴有极高的dv/dt和di/dt,会通过器件和印刷电路板中的寄生元件而影响开关性能。特别地,对于在现代高频SMPS中使用的超级结MOSFET,很难抑制频率噪声     

基于ABM器件的SiC MOSFET建模研究

针对不同温度下SiC MOSFET模型精度不足的问题,提出一种基于模拟行为模型(ABM)器件建立SiC MOSFET模型的方法.分别对整体模型的沟道电流、导通电阻和栅漏电容部分进行改进,引入了阈值电压和跨导系数的温度调节函数,考虑了温度和栅源电压对导通电阻的影响,提出了无开关栅漏电容,建立了满足连续温度仿真的SiC M...     

金属氧化物半导体控制晶闸管的di/dt优化

金属氧化物半导体控制晶闸管(MCT)相比于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)具有高电流密度、低导通压降和快速开启等优势,在高压脉冲功率领域具有广阔的应用前景.作为脉冲功率开关,MCT开启过程对输出脉冲信号质量有很大影响.采用理论分析并结合仿真优化重点研究了MCT开启瞬态特性.通过对MCT开启过程进行详细地理论分析推导,给出了MCT开启过程中阳极电流和上升时间的表达式.结合Sentaurus TCAD仿真优化,将MCT开启过程中电流上升速率(di/dt)由40 kA/s提升至80 kA/s,极大地改善了器件开启瞬态特性.最后,总结提出了提高器件开启瞬间di/dt的设计途径.     

一种有效抑制辐射性电磁干扰的驱动电路设计

开关电源工作在高频开关状态下,是电子设备主要的电磁干扰源.从麦克斯韦方程出发,分析了开关电源产生电磁干扰(EMI)的主要原因.介绍了开关电源传统的驱动电路及解决EMI的方法,提出了一种结构新颖的驱动电路.该电路不仅具有功率管开启时间不随其输入电容变化的优点,而且采用两段式的方法关闭功率管,有效减缓了di/dt和dv/d...     

碳化硅MOSFET开关瞬态模型

在碳化硅MOSFET大范围应用下,其开关瞬态过程愈发引人关注.由于碳化硅比起硅器件有更高的开关频率,因此其开关特性受到结电容和杂散电感的影响.对碳化硅MOSFET开关过程进行瞬态分析,推导了它的开关模型.通过开关模型提取出其电压变化率和电流变化率,在考虑杂散参数的基础之上寻找其与电压及电流变化率之间的联系.仿真及实验通...     

碳化硅MOSFET电学参数的电容-电阻法评估

阈值电压、栅内阻、栅电容是碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的重要电学参数,但受限于器件寄生电阻、栅介质界面态等因素,其提取过程较为复杂且容易衍生不准确性。文章通过器件建模和实验测试,揭示了MOSFET的栅电容非线性特征,构建了电容-电阻串联电路测试方法,研究了SiC MOSFET的栅内阻和阈值电压特性。分别获得栅极阻抗和栅源电压、栅极电容和栅源电压的变化规律,得到栅压为-10V时的栅内阻与目标值误差小于0.5Ω,以及串联电容相对栅源电压变化最大时的电压近似为器件阈值电压。相关结果与固定电流法作比较,并分别在SiC平面栅和沟槽栅MOSFET中得到验证。因此,该种电容-电阻法为SiC MOSFET器件所面临的阈值电压漂移、栅极开关振荡现象提供较为便捷的评估和预测手段。     

基于栅极限流的SiC MOSFET栅电荷测试方案

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。     

牵引用3 300 V平面栅IGBT栅极台面结构研究

针对机车牵引用3 300 V/1 500 A IGBT功率模块,采用TCAD仿真工具研究了不同栅极结构对器件静态和动态参数的影响。当平面栅IGBT采用栅极台面结构且台面厚度逐渐降低时,器件的静态阻断电压提高,开关损耗降低,但是器件的开关时间增加;此外,关断时过快的dv/dt会引起栅极电压振荡,开启时过快的di/dt会引起很大的电流过冲,导致器件应用的可靠性降低。在机车牵引的应用环境下,IGBT的栅极结构参数需要从电学参数和可靠性两个方面进行折中设计。     

6.5 kV SiC MOSFET的优化及开关特性

优化设计了电力系统用6.5 kV SiC MOSFET,测得该器件的导通电流为25 A,阻断电压为6 800 V,器件的巴利加优值(BFOM)达到925 MW/cm²。基于感性负载测试电路测试了器件的高压开关瞬态波形。在此基础上,借助仿真软件构建6.5 kV SiC MOSFET芯片级和器件级仿真模型,通过改变器件元胞结构、阱区掺杂浓度、栅极电阻、寄生电感等参数,研究了6.5 kV SiC MOSFET开关瞬态过程和电学振荡影响因素。结果表明,减小结型场效应晶体管(JFET)宽度有利于提高器件dV/dt能力,而源极寄生电感和栅极电阻是引起栅极电压振荡的重要因素。研究结果有助于分析研究6.5 kV SiC MOSFET在智能电网应用中的开关特性,使得基于SiC MOSFET的功率变换器系统具有更低的损耗、更高的频率和更高的可靠性。     

Si/SiC混合开关最优门极延时及其在逆变器中的应用

由大电流硅绝缘栅双极型晶体管（Silicon Insulated-Gate Bipolar Transistor,Si IGBT）和小电流碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Silicon Carbon Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,SiC MOSFET）并联构成的Si/SiC混合开关具有低成本、高效率的特点. Si/SiC混合开关门极关断延时的控制是提高混合开关效率的关键因素.本文首先研究了在不同工作电流下Si/SiC混合开关关断损耗随门极关断延时的变化,结果表明,Si/SiC混合开关有一个最优的关断延时,此时混合开关的关断损耗最低,并且最优门极关断延时随混合开关工作电流的增大而减小.将所得到的Si/SiC混合开关最优门极关断延时应用在单相全桥逆变器中,实验结果表明,逆变器的转换效率比同等条件下固定关断延时的最高转换效率提高了0.67%.