本文分析了系統寄生參數對SiC(碳化矽)器件使用的影響。本文還研究了SiC MOS開關開通時的過流機理，以及開通電流振盪的原因。除了寄生電感對功率器件電壓應力的影響外，本文還討論了系統設計中寄生電容對開通電流應力、電流振盪和開通損耗的負面影響。 1.導言 隨著SiC技術的發展和電力電子行業的增長，SiC器件越來越受到工程師們的青睞。主要半導體製造商正在開發從平面柵到溝槽柵的各種器件[1,2]。這主要是由於碳化矽作為一種寬禁帶半導體，具有較低傳導損耗的優勢。這使得高壓MOSFET和高壓SiC肖特基二極體的產品化成為可能。 2.開通電流過沖 傳統的PN結二極體具有反向恢復效應，而肖特基結構的單極理論中不存在這種效應[3,4]。然而，在實際應用中，當電流在SiC MOS和SiC肖特基二極體換流時，MOSFET的開通電流存在類似於反向恢復的過沖電流現象。 理論上,肖特基二極體沒有PN結或剩餘電荷，因此不存在反向恢復。然而，在圖1所示的仿真結果（使用SPICE模型）中，可以觀察到在MOSFET開通（二極體關斷）期間有類似於反向恢復的電流。這是由於二極體的結電容在開關瞬間充電所致。具體來說，如果上橋臂的開關開通，下橋臂二極體的結電容充電會產生結電流。 這一細節將在最後的論文中討論。 3.開關電流振盪 圖3顯示了SiC MOS開關的測量波形。它顯示了開通瞬間存在明顯電流過沖，及電流振盪。 我們考慮了功率器件的寄生參數,而不是主迴路的寄生參數。TO-247封裝的典型寄生電感Lq約為13nH，所選二極體的寄生電感Ld約為6.5nH。開通時刻的電路振盪迴路如圖5b所示。通過將額外的雜散電感La串入主迴路，並將寄生電容Ca併入續流橋臂，得到了IQ1的仿真頻率,其計算結果如表2所示。 3.2 開關(或交流/母線正)寄生電容對振盪的影響 這一細節將在最後的論文中討論。 4.系統寄生參數對SiC MOS開關的影響 4.1 寄生電容的影響 假設母線的寄生電感為La=15nH，分析了帶有寄生電容的連續器（或Ac和Bus-）的寄生電容。模擬結果如圖6所示。結果表明，隨著電容Ca的增大，振盪頻率降低，過充電電流的峰值增大。 仿真結果匯總於表3。隨著電容Ca的增大，導通損耗增大，關斷損耗減小。 4.2 寄生電感的影響 這一細節將在最後的論文中討論。 5.結論 本文討論了系統寄生參數對SiC器件開關性能的影響，並進行了仿真分析。論文重點討論了SiC MOS 器件在開關期間由於寄生電容的存在而產生的導通電流尖峰、電流振盪以及對Eon損耗的影響。 參考文獻 [1] D.Peters, T. Aichinger, T. Basler, W. Bergner, D. Kueck and R. Esteve, 1200V SiC Trench-MOSFET optimized for high reliability and high performance, European Conference on Silicon Carbide & Related Materials (ECSCRM), Halkidiki, Greece, 2016 [2] Dethard Peters;Ralf Siemieniec;Thomas Aichinger,1200V SiC - Trench 的性能和堅固性 - MOSFET,功率半導體器件和集成電路國際研討會(ISPSD),日本札幌,2017 年 [3] Nii-Adotei Parker-Allotey、Olayiwola Alatise,IGBT/Si- PiN 二極體對和 IGBT/SiC-Schottky 二極體對的傳導和開關損耗比較,IEEE PES 創新智能電網技術國際會議和展覽,英國曼徹斯特,2011 年 [4] M.Hoefle, K. Schneider, A. Penirschke, O. Cojocari and R. Jakoby, Characterization and impedance matching of new highly sensitive planar Schottky detector diodes, German Microwave Conference, Darmstadt 4德國,2011 年 [5] M.R. Ahmed、R. Todd 和 A. J. Forsyth,SiC MOSFET 體二極體和 SiC 肖特基二極體在不同溫度下的開關性能,IEEE 能源轉換大會和博覽會(ECCE),美國俄亥俄州辛辛那提,2017 年 |
