SiC MOSFET短路特性评估及其温度依赖性模型

摘要

SiC MOSFET可以大幅提升车用电机控制器、新能源变流器的效率和功率密度,具有重要的应用前景.但是,在这些应用场合中,负荷侧或直流侧短路,以及串扰引起的误导通,都会导致变换器桥臂直通故障.因此,评估SiC MOSFET器件的短路耐受能力,以及短路能量的影响规律,具有重要的研究价值.本文首先详细阐述了SiC MOSFET短路过程的几个阶段.随后选取两种额定电压、电流相近的商业化SiC MOSFET器件,搭建了硬开关故障短路测试平台,在不同直流母线电压和环境温度条件下,评估了其短路电流的动态特性,分析了短路电流的温度依赖性,以及直流母线电压和壳温对短路时间、极限短路能量的影响规律.最后,基于器件的物理结构和Spice模型,分别建立了不同尺度的热网络模型,将以实验数据为基础的器件损耗输入到具体的热网络中,给出芯片的层间温度分布,热仿真结果表明芯片在结温800oC左右发生热击穿,这一失效温度对应的短路失效时间和实验结果基本吻合.