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SiC MOSFET短路保护的重要性探讨

科技 2024-09-29 12:35 重庆

SiC MOSFET在高耐压，高开关频率/低开关损耗，高结温耐受能力上相比Si IGBT都有较强的优势，使得大功率电力电子系统的功率密度得以提高，同时散热器设计也更加容易。但是短路故障是SiC MOSFET典型的重要故障原因，其短路保护电路的性能非常重要，且具有设计上的挑战性。

为什么SiC MOSFET的短路保护这么重要呢？实际上，在相同的电流额定值条件下，Si IGBT的晶圆面积更大，而SiC MOSFET的晶圆面积小，发生短路时电流密度高，这就导致SiC MOSFET的短路承受能力较弱。

这里举一个例子说明，相关研究者在对SiC MOSFET做硬短路测试时，被测器件为1200V/33A的SiC MOSFET，其在短路发生后13us失效损坏，但是却在短路发生5us后，被测器件栅源的泄漏电流突然增大，说明栅源极此时已经退化。

在短路情况下，SiC MOSFET的界面质量较差，这会带来栅氧层可靠性的问题，这个问题随着工业界厂家的工艺改进逐渐改善，但是短路时SiC器件温度会上升到较高，如125C以上，这时候可能由于某些原因导致栅极氧化层出现退化。

另外，本身SiC MOSFET需要较高的栅极正向电压，在短路情况下，这也会加剧栅氧层的退化，所以降低短路时栅氧层电压也有助于栅氧层可靠性提高。

SiC MOSFET结电容小，开关速度较高，若要避免短路故障，对SiC MOSFET的短路保护电路也提出了非常高的要求，例如希望短路保护电路响应较快，尽可能地让短路时SiC MOSFET工作在安全工作区内。

另外，其SiC MOSFET的跨导在短路时属于正温度系数，在短路时器件di/dt和dv/dt会随着结温变得更大，因此需要更加快速的短路保护电路适应这种温度的影响。

从以上的论述中，可以看到短路保护及短路故障对于SiC MOSFET的重要性，在系统件和软件设计中要引起重视。

参考来源： SiC MOSFET短路保护技术综述

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