碳化硅MOSFET并联均流的研究.pdf

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1、中国电工技术学会电力电子学会第十四届学术年会碳化硅MOSFET并联均流的研究王珩宇1，吴新科1，郭清1，盛况1（1浙江大学电气工程学院，杭州310027）摘要碳化硅（SiC）材料是一种新型宽禁带半导体材料。本文对SiCMOSFET这一种新型器件的并联均流情况进行了研究，其中搭建了双脉冲测试平台来对两路器件进行测试，并利用此平台随机选取了两块SiCMOSFET分别在静态和动态情况下观察了其均流情况，同时还在相同条件下测试了SiIGBT以进行对比。通过实验测试与分析，本文认为目前SiCMOSFET器件的离散度较大，同时动态不均流问题在开关

2、速度较快（比如di/dt高达20A/ns）的情况下会加重。关键词碳化硅MOSFET双脉冲测试并联均流1.引言近年来，出现了许多新型宽禁带半导体材料，包括SiC、GaN等。这些材料对器件的性能有较大的提升，为进一步提升模块的指标提供了可能。SiC材料由于禁带宽段宽，临界电场强度高，电子迁移率高这_+VeVgDC些优异性能在大功率应用有很大的潜能。但是实际工作下是否能够提供优越的性能，特别地，是否能应用VgVgVeVe在大功率场合需要证明。尽管现在碳化硅器件的功率等级逐渐提升，Cree公司可以提供1200V/60A功率等级的SiCMOSF

3、ET，图1并联双脉冲测试电路原理图但是市场对于兆瓦级大功率变流器的需求也是与日俱为了对裸片进行测试，这里采用与模块封装相似增。那么器件的并联方案逐渐被采用而成为一种趋势。的方法，一方面利用真空回流焊将芯片的漏极焊在在这样的大功率应用中，芯片的均流问题也随之PCB板上。另一方面利用超声焊接将芯片的栅极和源凸显。并联必然会由于器件，回路和驱动的差异而产极与PCB相连。因为本次研究是要对器件的均流问题生不同程度的不均流问题。器件不均流会使得器件的进行研究，所以需要注意两路保持对称，特别是换流损耗不同，发热不同。在稳定工作状态，不同芯片之回路

4、的对称，以免引入电路版图设计导致的不均流因间必然有一定的温度差，才能保持此稳定工作状态。素。同时为了减小寄生电感，一方面在二极管阴极和这时总的功率就被温度最高的器件所限定。因此SiCMOSFET源极很近的地方并联了陶瓷电容作为解耦电MOSFET的均流问题对于其并联以扩大功率等级有着容，以减小高频环流回路；另一方面电路版图充分发重要的意义。由于初衷是想探究模块内部的SiC挥了抵消效应，使环流回路的寄生电感减到更低。减MOSFET芯片并联均流的情况，因此本次研究将直接小回路寄生电感的好处在于减小了关断过程的电压过对裸片进行测试。冲和电路中

5、的振荡。为了使外电路尽量一致（包括驱动），两路器件的2.测试平台搭建栅极都用同一个驱动来控制。电压测试采用普通电压本次研究为了测试SiCMOSFET的并联均流性探头，因为测试母线电压为380V，普通电压探头足够能，采用双脉冲动态测试。通过双脉冲测试，可以获承受此电压，而且此电压探头测试带宽比差分探头宽。取器件在静态和动态的均流情况以进行研究。电路原电流检测首先考虑到开通或关断过程持续时间较短的理图如下图1所示。时候只有10ns左右（SiCMOSFET），那么根据文献[1]下管开关管选用Cree公司的1200V/50ASiC所述，测量电

6、流的探头带宽至少要有100MHz。同时MOSFET（为了与之比较，还会用Infineon公司的测量电流中还包括直流分量，所以我们选取同轴电阻1200V/50AIGBT），上管二极管同样选用Cree公司的（Currentshunt）作为电流检测设备。同轴电阻的寄生1200V/50ASiC二极管。电感较小，可以测试较高频率的电流。31中国电工技术学会电力电子学会第十四届学术年会3均流测试与分析电流）有差异，其次与开通相似，两路电流下降的di/dt利用上面所述搭建的平台，对SiCMOSFET进行不同，左路快于右路。了并俩均流测试，包括静态均

7、流和动态均流。同时为了说明碳化硅MOSFET的均流问题，本次研究还对同等级Si的IGBT进行了测试。测试是在室温25℃、母线电压380V的条件下进行，测试过程中将改变工作电流观察这一参数对均流的影响。3.1静态均流利用同轴电阻检测两路MOSFET在静态导通电流时，分别流过的电流，并计算出了两路的差异。这里的测试在不同大小的电流情况下分别进行了测试，测试结果如下图2所示。（a）开通波形图2静态均流差异（b）关断波形图3SiCMOSFET双脉冲测试从上图2可以看到，静态时两路芯片导通电流存为了与SiCMOSFET的测试结果进行比较，本次在

8、差异，在Ids=5A时差异为3%。这种差异性在大电研究还测试了SiIGBT并联时的波形。流时显得更加突出，当导通电流Ids达到50A时，两如下图4所示为SiIGBT每路工作在40A时的a）路差异达到了10%，而在对SiI