混合并联功率器件开关模式优化及特性分析

在对比SiC MOSFET与Si IGBT器件开关特性的基础上,提出了一种SiC MOSFET和Si IGBT混合并联器件的优化开关模式,并结合系统稳态模型,分析了其非理想开关过程特性。最后利用双脉冲测试,对在不同开通/延迟时间下混合并联器件开关特性展开了实验。实验结果表明,所提开关模式能够同步实现SiC MOSFET扩容并降低Si IGBT的开关损耗,此处所得研究成果对于拓展两种开关器件的混合应用提供了技术参考。     

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。     

SiC JMOS和SiC DMOS在Si/SiC混合器件单相逆变器中的应用研究

Si IGBT与SiC MOSFET并联组成的Si/SiC混合器件(HyS)因在功率变换器中提供了一种成本与性能的优化折衷而受到广泛关注。其中,SiC MOSFET特性直接影响Si/SiC混合器件的性能,对基于不同类型SiCMOSFET的Si/SiC混合器件的特性差异分析极为必要。该文对比分析基于新型集成结势垒肖特基二极管(JBS)的SiCMOSFET(SiCJMOS)的Si/SiC混合器件(HyS_J)和基于传统平面栅SiCMOSFET的传统Si/SiC混合器件(HyS_D)的特性差异。对比分析2种混合器件的导通特性与开关特性,结果表明,与HyS_D相比,HyS_J具有更低的反向导通压降,更好的反向恢复性能和更小的开通损耗。建立适用于2种混合器件单相逆变器损耗模型,对比分析2种器件在逆变器应用中的损耗差异。设计基于2种混合器件的5kW单相逆变器样机,对比应用2种混合器件的变换器损耗、效率及器件结温。实验结果表明,在轻载条件下,与HyS_D方案相比,HyS_J可以实现最大0.5%的峰值转换效率的提升。     

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。     

Si IGBT/SiC MOSFET混合器件及其应用研究

综述了Si IGBT/SiC MOSFET混合器件在门极优化控制策略、集成驱动设计、热电耦合损耗模型、芯片尺寸配比优化和混合功率模块研制等方面的最新研究成果与进展。Si IGBT/SiC MOSFET混合器件结合了SiC MOSFET的高开关频率、低开关损耗特性和Si IGBT的大载流能力和低成本优势,已有文献的最新研究和实验结果验证了该类器件的优异特性,表明其对高性能电力电子器件实现更高电流容量、更高开关频率和较低成本具有重要意义,是高性能变换器应用中非常有潜力的功率器件类型。     

SiC MOSFET静态性能及参数温度依赖性的实验分析及与Si IGBT的对比

碳化硅SiC(silicon carbide)MOSFET作为新型的电力电子器件,具有不同于Si IGBT的电热特性,且其静态特性在宽温度范围内变化特性并不明确。以Si C MOSFET为研究对象,从器件的工作原理入手,结合Si IGBT对比,分析了其静态特性及寄生参数受温度的影响,并在-55℃至165℃准确测量了包括阈值电压、导通电阻、泄漏电流、输出特性及寄生参数在内的多个参数,实验结果符合理论分析。根据实验结果分析了各项性能参数的温度敏感性,结果表明:Si C MOSFET静态性能及参数与温度具有极强的相关性;与Si IGBT相比,温度依赖性更为明显,并且能够为器件结温测量及Si C MOSFET电力电子系统状态监测提供理论依据与实验基础。     

基于电致发光效应的非接触式碳化硅MOSFET结温在线检测方法研究

碳化硅(silicon carbide,SiC)金属半导体场效应管(metal semiconductor field effect transistor,MOSFET)以其优异的材料特性成为一种很有前景的高功率密度和效率的器件,其工作结温是评估器件运行可靠性的关键指标。文中提出一种基于SiC MOSFET体二极管电致发光效应的非接触式的在线结温检测方法。首先从理论角度分析SiC MOSFET体二极管电致发光的原理,并对电致发光的光谱特性进行研究,分析和比较可用于结温测量的3种温敏光参数。其次通过检测具备负温度系数的发光峰光强,并辅以对SiC MOSFET体二极管导通电流的检测,实现了结温的动态提取,检测分辨率达3.1mV/℃。并且在Buck电路中验证该方法的可行性,检测误差在±3℃以内。该方法基于SiC MOSFET体二极管的电致发光检测,具备固有电气隔离的特点,特别适用于高压应用场合下SiC MOSFET的非接触式结温检测。     

Si/SiC混并联结构主动温度控制

Si/SiC混并联结构以更低的成本,提供了接近全SiC器件的性能,因此Si/SiC混并联结构逐渐成为新的研究热点.目前,Si/SiC混并联结构研究大多集中于如何减小损耗.然而,在Si/SiC混并联结构损耗优化过程中,作为辅助器件的小电流SiC MOSFET可能出现温度过高甚至超过最高结温限制的问题.为此,提出了一种适用...     

不同碳化硅器件的直接比较

本文介绍了意法半导体公司(STMicroelectronics)首次提出的1200V/20A的SiC MOSFET,并与1200V常闭型SiC JFET(结型场效应晶体管)和1200V SiC BJT(双极结型晶体管)作对比。全面比较了3种开关器件工作在T=25℃、电流变化范围(1A~7A)的动态特性,并在T=125℃、ID=7A条件下做了快速评估。尽管SiC MOSFET的比通态电阻(Ron*A)很高,但与另外两种器件相比仍被认为是最有前景的开关器件:SiC MOSFET的总动态损耗远远低于SiC BJT和常闭型SiC JFET,且驱动方案非常简单。因此在高频、高效功率转换领域中,SiC MOSFET是最好的选择。     

牵引用3300 V/500 A SiC混合模块研制

基于自主绝缘栅双极晶体管(IGBT)芯片和碳化硅(SiC)肖特基势垒二极管(SBD),研制3 300 V/500 A SiC混合模块,完成模块的性能测试及热阻测试,并与Si IGBT模块进行对比。二极管热阻较Si IGBT模块显著降低,增大模块额定电流能力。SiC混合模块反向恢复能量几乎可忽略,减少模块工作过程中对IGBT芯片的电流和电压过冲,利于模块的长期可靠性。利用PLECS仿真得到脉宽调制(PWM)工况下芯片最高结温,SiC混合模块低于IGBT模块。3 300 V/500 A SiC混合模块的研制成功,对SiC材料在机车牵引领域的应用具有推动作用。