SiC MOSFET短路特性、短路保護分析-KIA MOS管

SiC MOSFET的短路保護

1.短路故障是導致SiC MOSFET失效的重要原因之一，盡管SiC MOSFET具有較好的導熱性能，但與Si器件和SiC MOSFET的短路性能相比，SiC MOSFET的短路保護在以下幾個方面更具挑戰性。

（1）首先，在相同額定電流容量下，SiC MOSFET芯片面積小，電流密度高，這就導致SiC MOSFET短路承受能力較弱；

（2）其次，在短路工況下，SiC MOSFET較弱的界面質量會帶來柵極氧化層可靠性問題，由于SiC MOSFET需要更高的正向柵極偏壓，柵電場的增高會進一步加劇短路時柵極氧化層退化問題；

（3）為了確保SiC MOSFET可靠運行在安全工作區內，其較弱的短路承受能力就要求短路保護電路具有更快地響應速度。然而，與Si器件相比，SiC MOSFET 的結電容更小、開關速度更高。

SiC MOSFET獨特的正溫度系數跨導導致其開通時的dI/dt和dV/dt 隨著結溫的升高均增大。在較高的dI/dt和dV/dt 條件下，SiC MOSFET 短路保護電路的快速響應與抗噪聲能力難以兼顧。

2.短路故障類型

由于短路回路電感較小，一類短路故障電流上升快，對器件危害大，保護難度較高。

3.短路測試方法

兩種常見的短路測試方法

（1）基于雙脈沖測試的短路測試方法。

該方法使用“粗短銅排”代替雙脈沖測試電路中的負載電感來模擬短路。

當脈沖發生器向驅動 器 1 發送高電平信號時，打開上橋臂 SiC MOSFET，再向驅動器 2 發送高電平信號，就可以實現 HSF；

當脈沖發生器向驅動器 2 發送一個信號使待測 SiC MOSFET 正常開啟時，再向短路控制開關 S 1 發送閉 合信號使故障電感 LFault 接入功率回路，就可以實現FUL。

（2）基于非線性元件的無損短路測試方法。

不同的 SiC MOSFET 短路測試方法如圖所示。該方法是在被測 SiC MOSFET的短路回路中串入非線性元件，如圖所示。非線性元件在額定電流時內阻較低，與SiC MOSFET 相比飽和電流更小。

當脈沖發生器通過驅動器1開啟該非線性元件時，再通過驅動器2開啟待測器件就可以模擬HSF。當短路電流達到該元件的飽和電流時，短路電流就會被 限制。當短路電流持續增大時，該元件就會“熔斷”。

4.短路失效模式

目前，SiC MOSFET的短路失效模型主要有柵源級失效和熱逃逸失效；

通過兩種失效模式的現象和成因不難看出，短路能量較低時可能會導致SiC MOSFET柵源極失效，而短路能量較高時可能會使 SiC MOSFET發生熱逃逸失效。SiC MOSFET 柵-源極失效時不一定會發生熱逃逸失效，但是熱逃逸失效發生時必定伴隨有柵-源極失效。

5.短路保護技術

6.短路關斷策略

（1）大電阻關斷。大電阻關斷是在檢測到短路后，利用大阻值柵電阻來減緩關斷電流下降速率從 而實現關斷過電壓的抑制。

然而，大電阻關斷在抑制關斷過電壓的同時也致使關斷延遲時間增大，導致 SiC MOSFET 不能及時關斷，為此，在關斷過程中采用不同柵極電阻關斷 SiC MOSFET 短路電流，從而兼顧了SiC MOSFET 短路關斷過電壓與關斷延遲時間，但大電阻關斷可能導致 SiC MOSFET因關斷損耗過大而發生失效。

（2）降柵壓關斷。降柵壓關斷是在檢測到短路后，先緩慢降低柵極電壓，使 SiC MOSFET 維持導通狀態。在較低柵極電壓下，SiC MOSFET漏極電流會被限制在較低水平，經過一定延遲后，再采用負壓關斷短路電流。該方法通過緩降柵壓抑制短路電流，從而降低短路關斷過電壓，但是該方法需要多種柵極電壓，電路結構實現復雜。

聯系方式：鄒先生

聯系電話：0755-83888366-8022

手機：18123972950

QQ：2880195519

聯系地址：深圳市福田區車公廟天安數碼城天吉大廈CD座5C1

請搜微信公眾號:“KIA半導體”或掃一掃下圖“關注”官方微信公眾號

請“關注”官方微信公眾號:提供  MOS管  技術幫助

免責聲明：本網站部分文章或圖片來源其它出處，如有侵權，請聯系刪除。