SiC MOSFET驱动保护电路研究

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作为新一代宽禁带半导体器件,碳化硅(SiC)MOSFET由于其在中高压大功率应用领域的优良特性而受到了大量的关注。在充电桩逆变器等电力设备中使用SiCMOSFET能够显著提高功率密度和设备的效率,本文主要针对SiCMOSFET的驱动保护电路进行了研究。
  首先,介绍了SiCMOSFET的器件结构和工作原理,通过其二极管箝位感性负载下的开关等效电路对SiCMOSFET的开通和关断过程进行了详细的分析;然后在此基础上对影响SiCMOSFET开通关断性能的参数进行了分析研究,并通过仿真电路对影响开关特性的栅极寄生电感,源极寄生电感、漏极寄生电感、栅源极寄生电容以及栅漏极寄生电容参数进行了详细地分析研究。
  其次,详细地分析了SiCMOSFET驱动部分的要求,给出了驱动功率、驱动峰值电流、驱动电压幅值等参数的计算方式。为了规避干扰信号的影响,驱动器还具备对驱动信号预处理的功能,能够有效地滤除驱动过程中的短脉冲信号(毛刺),降低由于错误的驱动信号而导致SiCMOSFET损坏的风险。分析了传统Si功率MOSFET驱动电路和IGBT驱动电路与SiCMOSFET驱动电路的不同。分析了SiCMOSFET在开通过程中出现的栅源极电压跌落现象,并根据SiCMOSFET的开关特性设计了采用辅助电流源的专用驱动电路。
  再次,详细地分析了SiCMOSFET过流故障特性及产生原因,提出采用VDS退饱和检测和分流器检测相结合的方式,对过流故障进行保护,同时设计了栅源极过电压与栅漏极过电压保护电路。
  最后搭建双脉冲测试平台,对CAS300M12BM2和C2M0160120D两类SiCMOSFET进行双脉冲实验验证。然后利用C2M0160120D通过了SiCMOSFET的短路实验验证。
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