碳化硅（Silicon Carbide,SiC）材料具有耐壓高、開關(guān)速度快、臨界擊穿電場大、工作頻率高、耐高溫等特點,在對電力電子設(shè)備的效率和功率密度有更高要求的系統(tǒng)中,以SiC材料制備的功率器件成為更優(yōu)的選擇。但SiC由于其較小的芯片面積、較高的電流密度以及較薄的柵氧化層,與硅材料相比,其短路承受能力會更弱。為了讓碳化硅器件能更加安全可靠地在電力電子設(shè)備中運行,對其短路特性及其故障保護電路的研究具有重要的意義。本文對SiC MOSFET的短路特性和保護電路進行研究,首先對SiC MOSFET器件特性進行分析,針對其器件特性進行了相應(yīng)的驅(qū)動電路設(shè)計,確定了驅(qū)動電路各部分的參數(shù)。考慮到實際應(yīng)用場合中存在的問題,所設(shè)計的驅(qū)動電路具有信號與電氣隔離、欠壓保護、短脈沖信號抑制、故障檢測和短路保護功能。在此基礎(chǔ)上,搭建短路測試平臺,深入分析了不同門極驅(qū)動電阻RG、柵源間電容CGs和檢測盲區(qū)時間Tblank等因素對SiC MOSFET短路特性的影響,提出了基于退飽和檢測的改進軟關(guān)斷保護策略,并完成了電路設(shè)計。最后對設(shè)計的故障保護電路進行實驗驗證,與傳統(tǒng)關(guān)斷方式相比,采用本文改進的軟關(guān)斷方式能夠有效... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

幾種半導(dǎo)體材料性能參數(shù)對比

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文62SiCMOSFET器件特性及驅(qū)動電路研究本章將對SiCMOSFET的器件特性進行分析，討論如何選擇驅(qū)動電路的關(guān)鍵參數(shù)，并介紹雙脈沖測試原理以及實驗平臺搭建。最后測試CREE公司的1200V/300A半橋模塊。2.1靜態(tài)特性下圖2-1和圖2-2是SiIGBT和SiCMOSFET的輸出特性曲線，SiCMOSFET的輸出圖2-1IGBT輸出特性曲線圖2-2SiCMOSFET輸出特性曲線Fig.2-1IGBTOutputCharacteristicCurveFig.2-2SiCMOSFETOutputCharacteristicCurve特性曲線區(qū)域主要分為四個區(qū)域，分別是截止區(qū)、線性區(qū)（可調(diào)電阻區(qū)）、飽和區(qū)和擊穿區(qū)（雪崩區(qū)）。若外加?xùn)艍盒∮陂撝惦妷篤th，SiCMOSFET處于截止區(qū)，此時，半導(dǎo)體內(nèi)部漏極D和襯底之間的PN結(jié)處于反向狀態(tài)，沒有形成有效的導(dǎo)電溝道，器件處于阻斷狀態(tài)，漏源極之間的阻抗處于無窮大。當(dāng)給柵極外加一大于閾值電壓的正電壓時，在絕緣層和柵極界面上會感應(yīng)出電荷形成反型層，這層反型層將漏源兩區(qū)連接起來形成導(dǎo)電溝道，此時，只要漏源極有外加電壓存在，就會形成流過器件的電流，稱為漏極電流ID。正常情況下，SiCMOSFET都工作在線性區(qū)，由于在這個區(qū)域漏源電壓VDS較小，漏極電流ID與漏源電壓VDS近乎呈線性關(guān)系，所以稱此區(qū)域為線性區(qū)。當(dāng)VDS繼續(xù)增大時，SiCMOSFET將會由線性區(qū)過渡到飽和區(qū)，此時，即使VDS再增大，ID增長也近似水平，電流增長速度不再增加。當(dāng)VDS過大超過器件內(nèi)部等效PN結(jié)所能承受的極限時，此時器件內(nèi)部漏電流ID將急劇增加造成開關(guān)管最終失效。需要注意的是，IGBT的退飽和現(xiàn)象是從飽和區(qū)過渡到有源區(qū)，但是SiCMOSFET剛好與之相反，MOSFET的線性區(qū)即為IGBT的飽和區(qū)，為了兩者不至混淆，將SiCMOSFET從線性區(qū)進入到飽和區(qū)的過程也用退飽和來說明。2.2開關(guān)特性研究雙脈沖測試可以很方便地測試功率器件

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文62SiCMOSFET器件特性及驅(qū)動電路研究本章將對SiCMOSFET的器件特性進行分析，討論如何選擇驅(qū)動電路的關(guān)鍵參數(shù)，并介紹雙脈沖測試原理以及實驗平臺搭建。最后測試CREE公司的1200V/300A半橋模塊。2.1靜態(tài)特性下圖2-1和圖2-2是SiIGBT和SiCMOSFET的輸出特性曲線，SiCMOSFET的輸出圖2-1IGBT輸出特性曲線圖2-2SiCMOSFET輸出特性曲線Fig.2-1IGBTOutputCharacteristicCurveFig.2-2SiCMOSFETOutputCharacteristicCurve特性曲線區(qū)域主要分為四個區(qū)域，分別是截止區(qū)、線性區(qū)（可調(diào)電阻區(qū)）、飽和區(qū)和擊穿區(qū)（雪崩區(qū)）。若外加?xùn)艍盒∮陂撝惦妷篤th，SiCMOSFET處于截止區(qū)，此時，半導(dǎo)體內(nèi)部漏極D和襯底之間的PN結(jié)處于反向狀態(tài)，沒有形成有效的導(dǎo)電溝道，器件處于阻斷狀態(tài)，漏源極之間的阻抗處于無窮大。當(dāng)給柵極外加一大于閾值電壓的正電壓時，在絕緣層和柵極界面上會感應(yīng)出電荷形成反型層，這層反型層將漏源兩區(qū)連接起來形成導(dǎo)電溝道，此時，只要漏源極有外加電壓存在，就會形成流過器件的電流，稱為漏極電流ID。正常情況下，SiCMOSFET都工作在線性區(qū)，由于在這個區(qū)域漏源電壓VDS較小，漏極電流ID與漏源電壓VDS近乎呈線性關(guān)系，所以稱此區(qū)域為線性區(qū)。當(dāng)VDS繼續(xù)增大時，SiCMOSFET將會由線性區(qū)過渡到飽和區(qū)，此時，即使VDS再增大，ID增長也近似水平，電流增長速度不再增加。當(dāng)VDS過大超過器件內(nèi)部等效PN結(jié)所能承受的極限時，此時器件內(nèi)部漏電流ID將急劇增加造成開關(guān)管最終失效。需要注意的是，IGBT的退飽和現(xiàn)象是從飽和區(qū)過渡到有源區(qū)，但是SiCMOSFET剛好與之相反，MOSFET的線性區(qū)即為IGBT的飽和區(qū)，為了兩者不至混淆，將SiCMOSFET從線性區(qū)進入到飽和區(qū)的過程也用退飽和來說明。2.2開關(guān)特性研究雙脈沖測試可以很方便地測試功率器件


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