一種SIC-MOSFET的負(fù)壓驅(qū)動電路的設(shè)計

一種SICMOSFET的負(fù)壓驅(qū)動電路的設(shè)計寬禁帶半導(dǎo)體功率器件SICMOSFET與SIMOSFET在特定的工作條件下會表現(xiàn)出不同的特性，其中重要的一環(huán)是SICMOSFET在長期的門極電應(yīng)力下會產(chǎn)生閾值電壓Vgs漂移現(xiàn)象。本文提出一種新型的SICMOSFET的驅(qū)動電路，對SICMOSFET通過負(fù)壓進(jìn)行關(guān)斷來限制SICMOSFET閾值漂移現(xiàn)象，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該電路具備有效性。標(biāo)簽：SICMOSFET閾值漂移驅(qū)動電路1Vgs漂移現(xiàn)象及器影響由于寬禁帶半導(dǎo)體SIC材料的固有特性，以及不同于SI材料的半導(dǎo)體氧化界面特性，會引起閾值電壓變化以及漂移現(xiàn)象。SICMOSFET產(chǎn)生閾值偏移的主要影響包括以下兩個方面：1.增加導(dǎo)通損耗，降低使用壽命SICMOSFET的閾值漂移主要的影響是會增加Rdson。同時Rdson的增加會導(dǎo)致開關(guān)器件的導(dǎo)通損耗增加，進(jìn)而升高結(jié)溫。額外結(jié)溫的增加是否需要取決于實(shí)際的運(yùn)行工況，在某些特定的條件下，額外的結(jié)溫會給整個系統(tǒng)帶來較大風(fēng)險。2.增加誤導(dǎo)通風(fēng)險在某些條件下SICMOSFET的門極閾值電壓可能會偏移降至2V及以下，驅(qū)動電路的一點(diǎn)擾動則可能會導(dǎo)致開關(guān)器件的導(dǎo)通造成系統(tǒng)的損壞。2Vgs漂移現(xiàn)象產(chǎn)生的原因在SICMOSFET的運(yùn)行過程中，產(chǎn)生門極閾值電壓漂移的原因主要是以下幾個方面：1.靜態(tài)門極偏移靜態(tài)門極偏移受到SIC半導(dǎo)體材料本身特性以及生產(chǎn)工藝的影響，會導(dǎo)致門極閾值出現(xiàn)漂移現(xiàn)象。同時，針對SI器件的閾值標(biāo)準(zhǔn)測試流程并不適用于SIC材料，需要使用一種新的測試方法用于評估SICMOSFET的特性。2.運(yùn)行工況SICMOSFET的閾值電壓也會因?yàn)槠骷拈_關(guān)運(yùn)行的工況額產(chǎn)生額外的漂移，此額外的漂移只能通過長期的開關(guān)測試才能被觀測到。影響閾值漂移的參數(shù)主要包括器件的開關(guān)次數(shù)和驅(qū)動電壓。SICMOSFET驅(qū)動電路驅(qū)動電路的性能直接影響大功率SiCMOSFET的開關(guān)行為和通態(tài)特性，驅(qū)動電路方案與參數(shù)的選擇必須與器件的特性相匹配，才能保證器件安全、可靠、高效地運(yùn)行。柵極驅(qū)動條件密切地關(guān)系到器件的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，包括柵極的正負(fù)柵壓和柵極電阻等，對SiCMOSFET的導(dǎo)通電阻、開關(guān)時間、開關(guān)損耗、短路承受能力、di/dt以及dv/dt等都有不同程度的影響，本文提出一種新型的負(fù)壓SICMOSFET驅(qū)動電路，能有效解決SICMOSFET的閾值電壓漂移問題。圖1為本文設(shè)計的高效可靠的隔離驅(qū)動電路，隔離驅(qū)動電源采用金升陽SIC專用驅(qū)動電源可提供+15V/-5V的正負(fù)驅(qū)動電壓，驅(qū)動IC采用英飛凌公司的SICMOSFET專用驅(qū)動芯片，可輸出高達(dá)10A的峰值驅(qū)動電流。驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)了控制電路與功率電路之間的電氣隔離，提高了電路系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。圖234為驅(qū)動器占空比D分別為50%，80%，30%的實(shí)測波形，驅(qū)動器采用-5V/+18V的驅(qū)動電壓，驅(qū)動電阻Rg為5Ω。結(jié)論SIC材料作為新型寬禁帶半導(dǎo)體材料，其性能與常規(guī)的SI材料相比不但擊穿電場強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定好，還具有載流子飽和漂移速度高，熱導(dǎo)率高等優(yōu)勢。同時，由于SIC材料本身的特性，會存在門極閾值電壓偏移的問題，本文提出的一種新型負(fù)壓驅(qū)動電路。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該驅(qū)動電路能對SICMOSFET進(jìn)行負(fù)壓關(guān)斷，保障系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。參考文獻(xiàn)[1]寧圃奇，李磊，溫旭輝，等.SiCMOSFET和SiIGBT的結(jié)溫特性及結(jié)溫監(jiān)測方法研究[J].大功率變流技術(shù)，2016（5）：65-70.[2]碳化硅SiC元件2023年產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)14億美元[J].半導(dǎo)體信息，2018（04）：31-32.[3]劉皓.有軌電車全SiC輔助變流器設(shè)計與研究[D].2018[4]曾正，邵偉華，胡博容，陳昊，廖興林，陳文鎖，李輝，冉立.SiC器件在光伏逆變器中的應(yīng)用與挑戰(zhàn)[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2017，37（01）：221-233.[5]國內(nèi)首條SiC智能功率模塊生產(chǎn)線在廈門正式投產(chǎn)[J].半導(dǎo)體信息，2018（05）：34-36.[6]KrausR，CastellazziA.APhysics-BasedCompact