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ElectricDrive《電氣傳動》網(wǎng)絡(luò)首發(fā)論文SiCMOSFET及SiIGBT串聯(lián)短路動態(tài)特性研究DOI：10.19457/j.1001-2095.dqcd23827收稿日期：2021-07-12絡(luò)首發(fā)日期：2022-07-01引用格式：究[J/OL]．電氣傳動./10.19457/j.1001-2095.dqcd23827用到出版要經(jīng)歷錄用定稿、排版定稿、整期匯編定稿等階容已經(jīng)確定，且通過同行評議、主編終審?fù)饪玫母寮Ｅ虐娑ǜ逯镐浻枚ǜ灏凑掌诳囟ò媸?包括網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)版式)排版后的稿件，可暫不確定出版年、卷、期和頁碼。整期匯編定稿指出期刊出版管理規(guī)定》的有關(guān)規(guī)定；學(xué)術(shù)研究成果具有創(chuàng)新性、科學(xué)性和先進(jìn)性，符合編本符合國家有關(guān)書刊編輯、定計量單位及地圖標(biāo)注等。出版確認(rèn)：紙質(zhì)期刊編輯部通過與《中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)》電子雜志社有限公司簽約，在《中國版廣電總局批準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)連續(xù)型出版物(ISSN2096-4188，CN11-6037/Z)，所以簽約期刊的網(wǎng)絡(luò)版上網(wǎng)絡(luò)首基金項目：江蘇省研究生科研與實(shí)踐創(chuàng)新計劃項目(KYCX212229)網(wǎng)絡(luò)首發(fā)時間：2022-07-0115:51:32網(wǎng)絡(luò)首發(fā)地址：/kcms/detail/12.1067.TP.20220630.2244.001.html(中國礦業(yè)大學(xué)電氣與動力工程學(xué)院，江蘇徐州221000)動態(tài)分壓特性。同時，結(jié)合開關(guān)過程中電壓、電流的變化分析串聯(lián)短路分壓原理，并在輸出特性曲線上分壓路徑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，驅(qū)動電壓、負(fù)載電流、母線電壓等外部驅(qū)動參數(shù)對兩種器件串聯(lián)短路分壓特性，其中反向負(fù)載電流改變了串聯(lián)短路的分壓趨勢且對串聯(lián)短路特性影響最大。充分認(rèn)識器件的串聯(lián)短路機(jī)you(SchoolofElectricalandPowerEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，half-bridgestructure,thedifferentseriesshort-circuitdynamicsharingvoltagecharacteristicsofSiCMOSFETandSiIGBTwereanalyzed.Atthesametime,theprincipleofseriesshort-circuitvoltagesharingwasanalyzedcombinedwiththechangesofvoltageandcurrentduringswitching,andthevoltagesharingpathofthedevicewasmarkedontheoutputcharacteristiccurves.Experimentalresultsshowthattheexternalcircuitparameterssuchasdrivingvoltage,loadcurrentandbusvoltagehavedifferenteffectsonthevoltagesharingcharacteristicsofthetwodevicesonseriesshort-circuit.Thereverseloadcurrentchangestheseriesshortcircuitvoltagesharingtrendandmostobviouslyeffectsthecharacteristicsonseriesshort-circuit.Fullyunderstandingtheseriesshort-circuitmechanismiscriticaltoimprovetheshort-circuitprotectionstrategies.bipolartransistor(SiIGBT)；seriesshort-circuit以電力電子變換器為代表的高壓大功率場合得全不可忽視的問題,學(xué)者們主要從內(nèi)部失效機(jī)理[1-2]、保護(hù)電路[5-7]等多個維度解其短路特性的同時分析內(nèi)部熱和載流子的變一得到的結(jié)論不足以支撐復(fù)雜電力電子裝置的保并對兩種器件在短路分壓過程中表現(xiàn)出的不同現(xiàn)象進(jìn)行討論，在負(fù)載電流為0A時，SiCI飽和區(qū)截止區(qū)000I/2V TT0t正向阻斷區(qū)I飽和區(qū)截止區(qū)000I/2V TT0t正向阻斷區(qū)間的要求不同，SiIGBT為8μs，SiCMOSFETVtttttI飽和區(qū)有源區(qū)IaSiCMOSFET曲線(b)SiIGBT輸出曲線FigOutputcharacteristiccurve聯(lián)短路原理和分析.1串聯(lián)短路動態(tài)分壓原理個器件發(fā)生串聯(lián)短路時存在分壓現(xiàn)象。圖2為TT上的電壓發(fā)生變化，經(jīng)過一段時間后T1，T2aSiCMOSFET意圖(b)SiIGBT示意圖mdiagramofSiCMOSFETandSiIGBTonseriesircuit動態(tài)分壓過程分析作階段[t0—t1]、短路電流上升階段[t1—t2]、短路分壓階段[t2—t3]、關(guān)斷階段[t3—t4]。在忽略溫度0tttttIt器件從截止區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)。查閱器件手冊SiLViiRon.1Rgin.Ron.1Rgin.1MMTVRoff.1Ron.2Rgin.2Ron.2Rgin.2TVMRoff推挽驅(qū)動電路LFigPrincipleofSiCMOSFETandSiIGBTonseriesshort-circuit0tttIBTVDCLsRonxRoffxRginxx和2分別代表T1，T22)電流上升階段[t1—t2]為(1)sh.(1)sh.1dtVT2=Lsdt2(7)t(t3)'t2(t32(7)t(t3)'t2(t3)t1t4t1'(6)(2)(2)VGS.2=Vth.2+(VG.2_Vth.2)[1_e_(t2_t1)T1](3)為IshxAVGxVthx(4)VGE.2=Vth.2+(VG.2_Vth.2)[1_e_(t2_t1)T2](5)(I|VT1=2b1(I〈聯(lián)短路具有均壓現(xiàn)象，從圖1可以看出，SiCBT曲線低電壓側(cè)有明顯的飽和區(qū)和線性區(qū)，受MOSFET溝道效應(yīng)以及PNP晶體管調(diào)制效應(yīng)的Lchni載流子遷移速3)短路分壓階段[t2—t3]按照短路類型分類，發(fā)生串聯(lián)短路時T1屬T1T2T1T2ID Isht2( Isht2(t3)t2'(t3)'0t1t4't4t1'00VLDC1/20VLDC1/2VDC短路電流的增大，T1漏源極電壓大幅下降，T24)關(guān)斷階段[t3—t4]短路電流的急劇下降使雜散電感Ls產(chǎn)生感2dtVpkLsdIsh2dtSCTKLHRV，24A)和SiIGBTRGS50TSX2DHR(1200V，25A)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。依據(jù)器件特性和短路保護(hù)選擇的短路時間應(yīng)滿aSiCMOSFET徑(b)SiIGBT分壓路徑Fig.4ThevoltagesharingpathofT1andT2(IL+入Ab2VDC_A(b1_b2)|VT1=入A(b1+b2)〈驅(qū)動電壓不變時，式(6)可簡化為載電流對分壓特性的影響VDS/V(100V/格)Ish/A(50A/格)VCE/V(100V/格)Ish/A(50A/格)VDS/V(100V/格)Ish/A(50A/格)T2漏源極電壓在短路電流上升過程中已經(jīng)達(dá)到T2漏源極電壓在短路電流上升過程中已經(jīng)達(dá)到 400V 600V400V600V VT2VT2VT1VT1t/μs(0.5μs/格)t/μs(1μs/格)aSiCMOSFET形(b)SiIGBT短路波形CT路電流不變，負(fù)載電流增大時，由式(9)可知流過T2的短路電流減小。由圖1T短路穩(wěn)態(tài)電FigSeriesshort-circuitwaveformsFigSeriesshort-circuitwaveformsunderdifferentbusvoltages動電壓對分壓特性的影響V電 10A20A 10A 20AVT1 10A20A 10A 20AVT1VT1aSiCMOSFET路波形(b)SiIGBT短路波形rmsofdifferentpositiveloadcurrentsonseriesircuit 18V 20V14V15V 18V 20V14V15V VT2 VT2 VT1VT1t/μs(0.5μs/格)t/μs(1μs/格)aSiCMOSFET形(b)SiIGBT短路波形FigSeriesshort-circuitwaveformsunderdifferentdrivingvoltages串聯(lián)短路損耗分析 ATTtss/格)tsTTtss/格)tss)ormsofdifferentnegativeloadcurrentsonseriesircuit線電壓對分壓特性的影響MOSFET，母線電壓的增大使分壓的過程變長，rametersETrametersIL/AET1/mJET2/mJ-100.174.2131.768.548.908.022000IEEEJournalofEmergingandSelectedTopicsinPowerElectronics2020,8(1):90-98.2]康建龍,辛振,陳建良,等.SiCMOSFET短路失效與退化機(jī)理研究KangJianlong,XinZhen,ChenJianliang,etal.Reviewandprospectofshort-circuitfailureanddegradationmechanismofSiCoceedingsoftheCSEEMOSFETShaoWeihua,RanLi,ZengZheng,etal.Short-circuitevaluationandtemperature-dependentmodelofSiCMOSFET[J].ProceedingsoftheCSEE018,38(7):2121-2131,2227.[4]秦海鴻,徐克峰,王丹,等.SiCMOSFET短路特性[J].南京航空航天表2SiIGBT不同參數(shù)下的短路損耗8,50(3):348-354.arameterscuitlossofSiIGBTunderarametersIL/AET1/mJET2/mJIL/AET1/mJET2/mJ-100.36.028.028.360.25900.768characteristicsofSiCMOSFETs[J].JournalofNanjingUniversityofAeronauticsAstronautics(3):348-354.]王占擴(kuò),童朝南,黃偉超.SiCMOSFET短路特性及過流保護(hù)研究WangZhankuoTongChaonan,HuangWeichao.Reasearchonshort-circuitcharacteristicsandovercurrentprotectionofSiCMOSFETJ].ProceedingsoftheCSEE,2020,40(18):5751-5760.6]吳海富,張建忠,趙進(jìn),等.SiCMOSFET短路檢測與保護(hù)研究綜述4結(jié)論結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn)詳細(xì)分析了串聯(lián)短路動態(tài)分壓4結(jié)論結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn)詳細(xì)分析了