SiC MOSFET短路特性及保护电路研究
发布时间：2021-11-10 01:55
碳化硅（Silicon Carbide,SiC）材料具有耐压高、开关速度快、临界击穿电场大、工作频率高、耐高温等特点,在对电力电子设备的效率和功率密度有更高要求的系统中,以SiC材料制备的功率器件成为更优的选择。但SiC由于其较小的芯片面积、较高的电流密度以及较薄的栅氧化层,与硅材料相比,其短路承受能力会更弱。为了让碳化硅器件能更加安全可靠地在电力电子设备中运行,对其短路特性及其故障保护电路的研究具有重要的意义。本文对SiC MOSFET的短路特性和保护电路进行研究,首先对SiC MOSFET器件特性进行分析,针对其器件特性进行了相应的驱动电路设计,确定了驱动电路各部分的参数。考虑到实际应用场合中存在的问题,所设计的驱动电路具有信号与电气隔离、欠压保护、短脉冲信号抑制、故障检测和短路保护功能。在此基础上,搭建短路测试平台,深入分析了不同门极驱动电阻RG、栅源间电容CGs和检测盲区时间Tblank等因素对SiC MOSFET短路特性的影响,提出了基于退饱和检测的改进软关断保护策略,并完成了电路设计。最后对设计的故障保护电路进行实验验证,与传统关断方式相比,采用本文改进的软关断方式能够有效...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种半导体材料性能参数对比
西安理工大学硕士学位论文62SiCMOSFET器件特性及驱动电路研究本章将对SiCMOSFET的器件特性进行分析，讨论如何选择驱动电路的关键参数，并介绍双脉冲测试原理以及实验平台搭建。最后测试CREE公司的1200V/300A半桥模块。2.1静态特性下图2-1和图2-2是SiIGBT和SiCMOSFET的输出特性曲线，SiCMOSFET的输出图2-1IGBT输出特性曲线图2-2SiCMOSFET输出特性曲线Fig.2-1IGBTOutputCharacteristicCurveFig.2-2SiCMOSFETOutputCharacteristicCurve特性曲线区域主要分为四个区域，分别是截止区、线性区（可调电阻区）、饱和区和击穿区（雪崩区）。若外加栅压小于阈值电压Vth，SiCMOSFET处于截止区，此时，半导体内部漏极D和衬底之间的PN结处于反向状态，没有形成有效的导电沟道，器件处于阻断状态，漏源极之间的阻抗处于无穷大。当给栅极外加一大于阈值电压的正电压时，在绝缘层和栅极界面上会感应出电荷形成反型层，这层反型层将漏源两区连接起来形成导电沟道，此时，只要漏源极有外加电压存在，就会形成流过器件的电流，称为漏极电流ID。正常情况下，SiCMOSFET都工作在线性区，由于在这个区域漏源电压VDS较小，漏极电流ID与漏源电压VDS近乎呈线性关系，所以称此区域为线性区。当VDS继续增大时，SiCMOSFET将会由线性区过渡到饱和区，此时，即使VDS再增大，ID增长也近似水平，电流增长速度不再增加。当VDS过大超过器件内部等效PN结所能承受的极限时，此时器件内部漏电流ID将急剧增加造成开关管最终失效。需要注意的是，IGBT的退饱和现象是从饱和区过渡到有源区，但是SiCMOSFET刚好与之相反，MOSFET的线性区即为IGBT的饱和区，为了两者不至混淆，将SiCMOSFET从线性区进入到饱和区的过程也用退饱和来说明。2.2开关特性研究双脉冲测试可以很方便地测试功率器件
西安理工大学硕士学位论文62SiCMOSFET器件特性及驱动电路研究本章将对SiCMOSFET的器件特性进行分析，讨论如何选择驱动电路的关键参数，并介绍双脉冲测试原理以及实验平台搭建。最后测试CREE公司的1200V/300A半桥模块。2.1静态特性下图2-1和图2-2是SiIGBT和SiCMOSFET的输出特性曲线，SiCMOSFET的输出图2-1IGBT输出特性曲线图2-2SiCMOSFET输出特性曲线Fig.2-1IGBTOutputCharacteristicCurveFig.2-2SiCMOSFETOutputCharacteristicCurve特性曲线区域主要分为四个区域，分别是截止区、线性区（可调电阻区）、饱和区和击穿区（雪崩区）。若外加栅压小于阈值电压Vth，SiCMOSFET处于截止区，此时，半导体内部漏极D和衬底之间的PN结处于反向状态，没有形成有效的导电沟道，器件处于阻断状态，漏源极之间的阻抗处于无穷大。当给栅极外加一大于阈值电压的正电压时，在绝缘层和栅极界面上会感应出电荷形成反型层，这层反型层将漏源两区连接起来形成导电沟道，此时，只要漏源极有外加电压存在，就会形成流过器件的电流，称为漏极电流ID。正常情况下，SiCMOSFET都工作在线性区，由于在这个区域漏源电压VDS较小，漏极电流ID与漏源电压VDS近乎呈线性关系，所以称此区域为线性区。当VDS继续增大时，SiCMOSFET将会由线性区过渡到饱和区，此时，即使VDS再增大，ID增长也近似水平，电流增长速度不再增加。当VDS过大超过器件内部等效PN结所能承受的极限时，此时器件内部漏电流ID将急剧增加造成开关管最终失效。需要注意的是，IGBT的退饱和现象是从饱和区过渡到有源区，但是SiCMOSFET刚好与之相反，MOSFET的线性区即为IGBT的饱和区，为了两者不至混淆，将SiCMOSFET从线性区进入到饱和区的过程也用退饱和来说明。2.2开关特性研究双脉冲测试可以很方便地测试功率器件
本文编号：3486337
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种半导体材料性能参数对比
西安理工大学硕士学位论文62SiCMOSFET器件特性及驱动电路研究本章将对SiCMOSFET的器件特性进行分析，讨论如何选择驱动电路的关键参数，并介绍双脉冲测试原理以及实验平台搭建。最后测试CREE公司的1200V/300A半桥模块。2.1静态特性下图2-1和图2-2是SiIGBT和SiCMOSFET的输出特性曲线，SiCMOSFET的输出图2-1IGBT输出特性曲线图2-2SiCMOSFET输出特性曲线Fig.2-1IGBTOutputCharacteristicCurveFig.2-2SiCMOSFETOutputCharacteristicCurve特性曲线区域主要分为四个区域，分别是截止区、线性区（可调电阻区）、饱和区和击穿区（雪崩区）。若外加栅压小于阈值电压Vth，SiCMOSFET处于截止区，此时，半导体内部漏极D和衬底之间的PN结处于反向状态，没有形成有效的导电沟道，器件处于阻断状态，漏源极之间的阻抗处于无穷大。当给栅极外加一大于阈值电压的正电压时，在绝缘层和栅极界面上会感应出电荷形成反型层，这层反型层将漏源两区连接起来形成导电沟道，此时，只要漏源极有外加电压存在，就会形成流过器件的电流，称为漏极电流ID。正常情况下，SiCMOSFET都工作在线性区，由于在这个区域漏源电压VDS较小，漏极电流ID与漏源电压VDS近乎呈线性关系，所以称此区域为线性区。当VDS继续增大时，SiCMOSFET将会由线性区过渡到饱和区，此时，即使VDS再增大，ID增长也近似水平，电流增长速度不再增加。当VDS过大超过器件内部等效PN结所能承受的极限时，此时器件内部漏电流ID将急剧增加造成开关管最终失效。需要注意的是，IGBT的退饱和现象是从饱和区过渡到有源区，但是SiCMOSFET刚好与之相反，MOSFET的线性区即为IGBT的饱和区，为了两者不至混淆，将SiCMOSFET从线性区进入到饱和区的过程也用退饱和来说明。2.2开关特性研究双脉冲测试可以很方便地测试功率器件
西安理工大学硕士学位论文62SiCMOSFET器件特性及驱动电路研究本章将对SiCMOSFET的器件特性进行分析，讨论如何选择驱动电路的关键参数，并介绍双脉冲测试原理以及实验平台搭建。最后测试CREE公司的1200V/300A半桥模块。2.1静态特性下图2-1和图2-2是SiIGBT和SiCMOSFET的输出特性曲线，SiCMOSFET的输出图2-1IGBT输出特性曲线图2-2SiCMOSFET输出特性曲线Fig.2-1IGBTOutputCharacteristicCurveFig.2-2SiCMOSFETOutputCharacteristicCurve特性曲线区域主要分为四个区域，分别是截止区、线性区（可调电阻区）、饱和区和击穿区（雪崩区）。若外加栅压小于阈值电压Vth，SiCMOSFET处于截止区，此时，半导体内部漏极D和衬底之间的PN结处于反向状态，没有形成有效的导电沟道，器件处于阻断状态，漏源极之间的阻抗处于无穷大。当给栅极外加一大于阈值电压的正电压时，在绝缘层和栅极界面上会感应出电荷形成反型层，这层反型层将漏源两区连接起来形成导电沟道，此时，只要漏源极有外加电压存在，就会形成流过器件的电流，称为漏极电流ID。正常情况下，SiCMOSFET都工作在线性区，由于在这个区域漏源电压VDS较小，漏极电流ID与漏源电压VDS近乎呈线性关系，所以称此区域为线性区。当VDS继续增大时，SiCMOSFET将会由线性区过渡到饱和区，此时，即使VDS再增大，ID增长也近似水平，电流增长速度不再增加。当VDS过大超过器件内部等效PN结所能承受的极限时，此时器件内部漏电流ID将急剧增加造成开关管最终失效。需要注意的是，IGBT的退饱和现象是从饱和区过渡到有源区，但是SiCMOSFET刚好与之相反，MOSFET的线性区即为IGBT的饱和区，为了两者不至混淆，将SiCMOSFET从线性区进入到饱和区的过程也用退饱和来说明。2.2开关特性研究双脉冲测试可以很方便地测试功率器件
本文编号：3486337
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/3486337.html
