5sic mosfet短路特性评估及其温度依赖性模型

1、MOSFET 短路特性评估及其温度依赖性， 在 ShortCircuitCharacteristicsEvaluationofSiCMOSFETanditstureDependentMOSFET 短路特性评估及其温度依赖性， 在 ShortCircuitCharacteristicsEvaluationofSiCMOSFETanditstureDependent : SiC fault of the convert ergy. This p ,室 研究项目（2007DA10512716301）。This work is jo ly supported by National Key Resea

2、rch and Development Program (2016YFB0901800), National Natural Science Foundation of China (51607016), Chongqing Research Program of Research and Frontier Technology (cstc2016jcyjA0108), and 1-2。其在光伏、风电等新能源发电系统，电机驱动及Research foundation of S e Key Laboratory er 存在拖尾电流，可以降低开关损耗，提高开关速度4-6&， 相 1 SiCMOSF

3、ET1.1 相 1 SiCMOSFET1.1 试 图1 1.2t4I ds t00 tt0t设备及其型号如表 2 所示。2 1.2t4I ds t00 tt0t设备及其型号如表 2 所示。2 under hard fault.路过程可分为 4 个阶段：减小，di/dt呈现负斜率。 阶段 4t4：t4 时刻，被测器件两端驱动电压撤除，如果器件在t4时刻关断以后失效，定义时刻 t1 Id:Vdc:Vds:t4 t4 时刻关断以后失效，定义t1t4 Rohm80STM Vgs:Vgs: Id:Vds:Vdc:时间Vds: Vdc: Id:时间图4 CREEVgs: 0Vds: Vdc: I : d时

4、间05图3 Rohm 短路特性 Vgs:Vgs: Id:Vds:Vdc:时间Vds: Vdc: Id:时间图4 CREEVgs: 0Vds: Vdc: I : d时间05图3 Rohm 短路特性BCREE 器件 时间5 为 。Vgs: Vds: Vdc: Id: 时间Vgs: Vds:V :Id:时间 漏极电流V 式(3)所示3125oC Vgs:2ni(T)1.71016T2 T 2 T3 Id:Vds:Vdc:时间 式(3)所示3125oC Vgs:2ni(T)1.71016T2 T 2 T3 Id:Vds:Vdc:时间 V :Id:时间:654 3直流母线电压111100 o的C2M00

5、800120D100oC时，短路耐受时间只有 5s。直流母线电压(b) 短路能量与直流母线电压关系 circuitenergy. 短路能量短路时间CREE100 和 公司的SiCMOSFET相比，科锐公司相同功 R Cth,chip c V c dchip 时， W/(mK) ； c 是 4H-SiC 的比热容， c=-126.97+3.74T4.1010-3T2+2.1110-6T34.06料密度，g/cm3 30-32。 2SiCMOSFET短路热网络模 热容计算结果列在表 6 中。 P型基P型基 cdA0 和 公司的SiCMOSFET相比，科锐公司相同功 R Cth,chip c V c

6、 dchip 时， W/(mK) ； c 是 4H-SiC 的比热容， c=-126.97+3.74T4.1010-3T2+2.1110-6T34.06料密度，g/cm3 30-32。 2SiCMOSFET短路热网络模 热容计算结果列在表 6 中。 P型基P型基 cdA0CRth40图8 U T 本文根据 4H-SiC 的材料特性以及被测 从表0-0图Vds(V)Id(A)Pd(kW)180180 常数 1=Rth,chipCth,chip 已经远大于实际短路时间，因而利失 0 表010 12 16 时间246) 节点节点0 -24610 12 16 时间11 损耗及结温分布曲线differe

7、ntcase 11 030 60 90 时间 Rth,chip 225mK/WCth,chip 在 Loss(mJ)Pd(kW)Vds(V)Id(A)Loss(mJ) Pd(kW) Vds(V) Id(A) 温度l12s 常数 1=Rth,chipCth,chip 已经远大于实际短路时间，因而利失 0 表010 12 16 时间246) 节点节点0 -24610 12 16 时间11 损耗及结温分布曲线differentcase 11 030 60 90 时间 Rth,chip 225mK/WCth,chip 在 Loss(mJ)Pd(kW)Vds(V)Id(A)Loss(mJ) Pd(kW)

8、 Vds(V) Id(A) 温度l12s 的是 CRCR010 20 30 60 70 80 90 时间CR .3SiCMOSFE 3 45 6 的是 CRCR010 20 30 60 70 80 90 时间CR .3SiCMOSFE 3 45 671短路时间增RthRth8Rth9 11 漏电CthCthCth10-1 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 时间024610-10-(a)25oC时Rohm10-00 123456789 .97863 51202468时间(b)25oC时CREE DC bus voltage. 层间温度分布漏极电流漏极电流N+ P型基N-漂移区N

9、+ 衬漏 4结 SiC 功率器件的短路承受能力这一关键 Ids6.77321085.94961010e00613T 1.7433109e0 . QianZhaoming,ZhangJunming,ShengKuang.S usand 4结 SiC 功率器件的短路承受能力这一关键 Ids6.77321085.94961010e00613T 1.7433109e0 . QianZhaoming,ZhangJunming,ShengKuang.S usand , , 现状及展望J . 中国电子科学学报, 2009, Zhang Bo, Deng Xiaochuan, Zhang Yourun, et

10、 al. Recent er0, . 43应用展望J中国电机工程学报2012,32(301-ShengKuang,GuoQing,ZhangJunming,etal.2er100ofthe CSEE,2012,32(30):1-. . 250 温度500 600 700 800 温度300 er 750V DC bus voltage.2014,34(3):371- 漏极电流漏极电流 18 SHIY,XIER,WANGL,etal.Short-circuitcapability: markingSiCandGaNwithSi-basedgedness in SiC MOSFETs compar

11、ed with er 2015:1-5.19 WangZ,ShiX,LeonMTolbert,etal. 18 SHIY,XIER,WANGL,etal.Short-circuitcapability: markingSiCandGaNwithSi-basedgedness in SiC MOSFETs compared with er 2015:1-5.19 WangZ,ShiX,LeonMTolbert,etal.TemperatureJahdiS,AlatiseO,OrtizGonzAlezJA,etal.Temperature and-63(2):849-erIEEE Tran 20

12、ions er Electronics, 2016, SheX,HuangAQ,BurgosR.Reviewofsolid-s etechnologies and their application er distribution ea,b,OuaidaRemyb,ChaillouxThibault,etElectronics,2013,1(3):186-Electrical and reliability of l MOSFETs at high temperature and in SC conditionsC. , Geneva,2015:1- er MOSFETsJ. IEEE Jou

13、rnal ofEmergingand J中国电机工程学报2017,37(1221-ZENGZheng,SHAOWeihua,HUBorong,etal.10 Chen Z, Yao Y, Boroyevich D, et al. A 1200-V, 60-A MOSFET multichip phase-leg module for high-Topics 22 Eni E P, Bczkowski S, Munk-Nielsen S, et al. Short-high-frequency applicationsJ. IEEE Electronics,2014,29(5):2307-ion

14、s App 11 Manier C A, Oppermann H, Dietrich L, et al. Packaging LongBeach,CA,2016:974- withdoublesidedcoolingC.PCIMEurope2016,May10-12, 2016, Nuremberg, Germany, 2016: 1-8. circuittypeIIandIIIofhighvoltageSiCMOSFETswith currentsourcegatedriveprincipleC.2016IEEEer Electronics and Motion Control (IPEMC

15、-ECCEAsia),Hefei, 2012,59(3):761-13 RiccioM,Cas lazziA,FalcoGD,etal. IEEE Energy Congress and ition Sarkany Z, He W K, Rencz M. Temperature change induced degradationofSiCMOSFETdevi C.201615thIEEE er- society Conference on Thermal and Thermomechanical Phe- SUN P, GONG C, DU X, et al. Condition Milwa

16、ukee,WI,USA,2016:1- 26 Mrz A, Ber ition. IEEE, 2015: 920-926.T, Horff R, et al. Explaining eration Area Identification Criterion for SiC (iner ,. ernationaliumIcs,2015:217-erSemiconductor&. WNAG Xiaohao, WANG Jun, JIANG Xi, et al. Short-等SiCcharacterizationofSiCMOSFETJ.Journaler XUKefeng,QINHaihong,LIUQing,etal.ReviewoftionJ.JOURNALOFSHANGHAIDIANJIUNIVERSITY, 2016, 19(5): 259-270.30 AwwadAE,DieckerhoffS.Short-circuitevaluationand XUKefeng,QINHaihong,LIUQing,etal.ReviewoftionJ.JOURNALOFSH