高性能驱动关键技术研究

发布时间：2020-10-26 23:54

　　 Si功率器件经历了晶体管、晶闸管,到MOSFET及IGBT,在阻断电压、开关特性等方面正在接近材料的理论上限。以SiC材料为代表的第三代宽禁带半导体器件是目前在电力电子领域发展最快的功率半导体器件之一,SiC材料具有热导率高、电子饱和迁移速率高和击穿电场高等性质。SiC器件在高温、高压、高频、大功率电子器件领域和航天、军工、核能等极端环境应用领域有着不可替代的优势,弥补了传统功率半导体器件在实际应用中的缺陷,正逐渐成为功率半导体的主流。近几年许多公司推出了商业化的SiC MOSFET,其开关特性和驱动电路成为了研究的热点。本文首先以1700VSiCMOSFET器件为基础,搭建了双脉冲测试平台,利用CREE公司推荐的驱动模块进行了 SiCMOSFET开关特性测试,对其性能进行分析研究,分析了门极驱动电阻和母线电压对开关特性和开关损耗的影响。并且进行了短路测试,验证了退饱和检测方法能够及时的关断SiCMOSFET,保护电路和器件不受损坏。通过实验验证了 SiCMOSFET器件在具体应用中高压、高频和低功耗的特性,为由针对性的器件开发做指导。通过对比Si器件和SiC器件的驱动特性差异,明确了 SiC MOSFET对驱动电路的要求。阐述了驱动电路各部分的设计思路,在此基础上设计了基于SID1182K芯片的驱动电路,包括隔离电源部分、信号隔离部分、保护检测、驱动电路模块等。并且对电路的各部分进行了仿真分析,确定了电路各部分的参数,完成了驱动板PCB设计,对驱动板进行了上电调试。仿真和实验结果表明,驱动电路可以实现各项功能,能够驱动SiCMOSFET模块正常工作,具有较大的实用价值,符合设计的预期。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN386
【部分图文】：

示意图,内部结构,符号,示意图

ＳｉＣ功率ＭＯＳＦＥＴ结构与Ｓｉ功率ＭＯＳＦＥＴ的结构类似，其外延层和衬底材??质均为ＳｉＣ材料。ＳｉＣ功率模块一般采用垂直注入ＭＯＳＦＥＴ结构，ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ??功率模块是由ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ和ＳｉＣ肖特基势垒二极管在半桥结构中制造的。图２－１??为ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ等效结构示意图。当栅源级之间的电压为零时，Ｐ基区和Ｎ－漂移??区之间形成的ＰＮ结处于反偏状态，漏源极之间无电流通过，ＭＯＳＦＥＴ处于截止??状态。随着栅源间电压的增大，当ＦＧＳ大于时，Ｐ基区顶部形成反转层，形??成Ｎ型导电沟道，将源极区与漏极区连接起来，漏源极之间形成一个完整的Ｎ型??导电沟道，ＭＯＳＦＥＴ开始导通。当漏源极电压较小时，器件似乎呈现出一个近似??恒定的电阻状态，这是由通道和漂移区的电阻决定的，最终，电流趋向于饱和。??通过对功率ＭＯＳＦＥＴ的标准分析，可知功率ＭＯＳＦＥＴ的电流饱和有两种可能原因，??

输出特性曲线,输出特性曲线,转移特性,静态特性