SiC MOSFET的實(shí)時(shí)結(jié)溫監(jiān)控電路測(cè)量方案-技術(shù)方案

精品文檔-下載后可編輯SiCMOSFET的實(shí)時(shí)結(jié)溫監(jiān)控電路測(cè)量方案-技術(shù)方案碳化硅設(shè)備或設(shè)備因在不久的將來(lái)有可能在電力電子設(shè)備（特別是大功率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用）中替代硅的傳統(tǒng)設(shè)備而聞名。1由于寬帶隙的可用性，高功率密度，較低的電阻和快速的開(kāi)關(guān)頻率，所有這些都是可能的。高可靠性電源系統(tǒng)需要復(fù)雜，苛刻和復(fù)雜的條件和環(huán)境才能工作。經(jīng)歷故障的大多數(shù)情況是功率半導(dǎo)體故障的結(jié)果，2由于半導(dǎo)體器件中的溫度水平和變化會(huì)引起電路故障，因此建議對(duì)溫度進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋O(jiān)視，這將終對(duì)下一代健康管理系統(tǒng)有所幫助。1準(zhǔn)閾值電壓已用于提取結(jié)溫。

準(zhǔn)閾值電壓作為TSEP

與MOS結(jié)構(gòu)相關(guān)的閾值電壓（Vth）是負(fù)責(zé)在器件中創(chuàng)建導(dǎo)電通道的柵極電壓，并且允許電流在漏極和源極之間流動(dòng)。圖1顯示，由于柵極驅(qū)動(dòng)器電壓（Vgs）的數(shù)量比閾值電壓低，在從t0到t1的導(dǎo)通過(guò)渡開(kāi)始點(diǎn)，漏極電流（Id）完全為零。已經(jīng)觀察到，當(dāng)Vgs到達(dá)t1時(shí)，它會(huì)移動(dòng)到Vth。隨之，Id的值也會(huì)增加。在此，將準(zhǔn)閾值電壓的概念解釋為在導(dǎo)通過(guò)程中與t1的時(shí)間相對(duì)應(yīng)的柵極驅(qū)動(dòng)電壓的值。4在圖1中顯示負(fù)溫度系數(shù)的結(jié)溫度升高時(shí)，注意到t1的量減少了。兩個(gè)重要變量（例如閾值電壓和結(jié)溫度）之間的現(xiàn)有關(guān)系為改變，因?yàn)橛^察到Lss上的電壓發(fā)生了變化。由于SiCMOSFET的開(kāi)爾文源極和電源Lss之間存在寄生電感，因此存在以同步方式突然升高電壓的高端可能性，該寄生電感終將由電壓的上升反映出來(lái)。圖2顯示了四引腳SiCMOSFET的等效電路。

圖1：導(dǎo)通期間的開(kāi)關(guān)波形

圖2：等效電路

準(zhǔn)Vth測(cè)量電路及其工作原理

圖3顯示了完整的過(guò)程，通過(guò)新穎的方法提取準(zhǔn)確的準(zhǔn)Vth，取決于在電源端子和輔助電源端子之間接通電源驅(qū)動(dòng)時(shí)寄生電感上的電壓下降的時(shí)間。圖3的框圖清楚地顯示了測(cè)量電流的方法。

圖3：測(cè)量電路框圖

該圖所示的電路包括三個(gè)部分：

驅(qū)動(dòng)部分

比較部分

采樣保持部分

驅(qū)動(dòng)部分驅(qū)動(dòng)部分

的功能是通過(guò)切換到較大的驅(qū)動(dòng)電阻來(lái)測(cè)量準(zhǔn)Vth。SiCMOSFET由TMS320F28335產(chǎn)生的PWM信號(hào)隔離來(lái)驅(qū)動(dòng)。

比較部分

該部分負(fù)責(zé)將Vss中存在的模擬脈沖轉(zhuǎn)換為邏輯信號(hào)。

采樣保持部分

差分放大器AMP1用于在接通瞬態(tài)階段之間獲得Vgs。

已經(jīng)注意到，通常在SiCMOSFET的Vgs之后是電容器C，而準(zhǔn)Vth由閉合的JFET保持。

實(shí)驗(yàn)裝置

圖4顯示了已經(jīng)為實(shí)驗(yàn)完成的測(cè)試。該實(shí)驗(yàn)由帶有雙脈沖測(cè)試電路，續(xù)流二極管，驅(qū)動(dòng)器環(huán)路和負(fù)載電感的被測(cè)設(shè)備組成。

圖4：用于實(shí)驗(yàn)的等效電路

圖5顯示了要執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)的完整設(shè)置。對(duì)于測(cè)試設(shè)備，已使用SiCMOSFET和TO-247。使用雙脈沖測(cè)試板安裝設(shè)備，熱量由J946溫度控制器提供，該溫度控制器實(shí)際上是對(duì)分立設(shè)備中閉環(huán)溫度的控制。圖6顯示了如何使用紅外熱像儀捕獲條狀芯片。

圖5：完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)置

圖6：結(jié)溫校準(zhǔn)設(shè)置

結(jié)果

結(jié)果表明，閾值電壓與結(jié)溫成線性關(guān)系。當(dāng)結(jié)從36°C升高到118°C時(shí)，準(zhǔn)Vth改變0.358V。負(fù)載電流也從10A改變?yōu)?8A，結(jié)果表明電流變化的影響是幾乎可以忽略不計(jì)，但是Vds（直流母線電壓）的影響更大。由于電容器Cgd，直流母線電壓的增加導(dǎo)致準(zhǔn)Vth的測(cè)量值變小，并且其值隨電壓從200V增加到600V而減小。

結(jié)論

本文介紹了一種新穎的測(cè)量電路，以測(cè)量用于測(cè)量SiCMOSFET的實(shí)時(shí)或?qū)嶋H結(jié)溫。可以看出，出于訂購(gòu)和處理數(shù)據(jù)或電流傳感器的目的，不需要本質(zhì)上復(fù)雜的任何算法。該實(shí)驗(yàn)的終結(jié)果表明，與準(zhǔn)Vth的結(jié)溫之間存在良好的靈敏度線性關(guān)系。在SiCMOS