基于共源极电感的功率mosfe开关损耗测量

基于共源极电感的功率mosfe开关损耗测量

共源极规范测量芯片rosf近年来，随着环境带基准的开发，碳化硅基莫斯基莫斯基一直致力于电机和光明设备的硬件互联。回路寄生参数对于器件开关特性的影响主要包括器件的开关速度(di/dt、dv/dt)、器件的开关时间,电压电流应力以及开关损耗。文献以上文献中均是采用双脉冲电路,直接测量MOSFET的漏源电压和电流,然后将电压和电流乘积积分后得到器件的开关损耗。这种直接测量电压电流计算损耗的方法简单易行,而且非常直观,但是存在一定的不足本文针对该方法存在的不足,选用了一种通过测量芯片结温升和芯片热阻然后计算得到芯片损耗的方法来研究共源极电感对于SiCMOSFET开关损耗的影响。在该实验方法的基础上设计了1台1kW/800V输出的全碳化硅Boost电路样机进行实验分析。1实验原理和损害分析1.1mosfirt开关损耗的影响图1中给出了SiC芯片与散热器的空间物理结构。本文关注的是共源极电感对于SiCMOSFET开关损耗的影响,通过测量电路样机的热阻和实际电路开关工作的芯片温升间接得到器件损耗当Boost电路持续工作至稳定状态,芯片结温也趋于稳定。此时测量芯片中心至散热器的结温差,则芯片内部的总损耗值为式中:△T芯片总损耗P式中:P式中:△V1.2子问题的开关损耗为了能够区分损耗分析中的开通和关断损耗,本文采用文献第1组实验:使开关管工作在连续导通模式,硬开通和硬关断,开关损耗表示为第2组为参照实验:使开关管工作在零电压开通,而保持关断时的电压、电流与第1组相同,此时得到的开关损耗全部为关断损耗值,开关损耗表示为式中:E两组实验器件关断时的电压和电流完全相同,两组实验的关断损耗值也相等,即式中,E图2为实验中MOSFET寄生共源电感在回路中的示意简图。由于普通的MOSFET器件封装中,驱动和功率共用源端,造成了共源电感。共源极电感对器件的开关过程是不利的,一方面它会加剧开关过程的电压电流振荡,另一方面它会减慢开关过程增加开关损耗。本文主要针对共源极电感对开关损耗的影响进行研究,所以先不考虑其对于开关过程振荡的影响。当开关回路包含共源极电感时,开关过程中电流的变化率会降低,这是由于共源极电感使得门极电压和电流变化率之间存在负反馈关系,表示为式中:V图3、图4分别为实验中MOSFET硬开关和软开关条件下的波形对比。由图可见,图中E1.3持续导通状态下热阻测试本文采用热成像仪读取芯片的表面温度。校准热成像仪,红外发射率调整为0.90。使芯片工作在持续导通状态下,此时芯片结温的上升全部来自导通损耗自发热产生的热量。通过改变导通电流得到不同导通电流时的芯片结温上升值,测量芯片两端电压和电流得到此时的芯片损耗。热阻值拟合结果如图5中所示。由图可以看出,芯片结到散热器的总热阻值为1.562K/W。2平台规模、实验测试和结果分析2.1疫情防控所需的催化剂的结构及工作原理搭建了1台由SiCMOSFET和SiCSBD组成的Boost样机,电路结构如图6所示,参数表1所示。图7为全碳化硅Boost桥臂模块,SiCMOS-FET、SiCSBD和瓷片电容C2.2共源极pcr关断损量的测试实验平台实物如图8所示,图中驱动电路信号由信号发生器经光耦隔离,输出电压为-5~20V,外接门极驱动电阻大小为1Ω。实验所用的直流电源和测试仪表如表2所示。实验采用开环测试,保持Boost电路输入电压为200V,输出电压为800V,阻性负载,输出功率在1kW左右。硬开关实验,驱动分别加在G、S两端(不含共源极电感L图9为输出功率1kW时硬开关波形,图9(a)为包含共源极电感的开关波形。由图可以看出,开通和关断时门极电压波形相比图(b)不含共源极电感的波形有更为明显的振荡现象。图10为根据上述分析方法得到的损耗,图中S对应表示不含共源极电感,S图11为器件总开关损耗和频率的关系,拟合得到的直线斜率即为器件单次开关损耗的能量。参照图11同样可以得出器件单次开通和单次关断的能量值大小。图12为SiC基MOSFET硬开关单次开通和关断能量对比。由图可以看出,当不含8.5nH的共源极电感时,在本文实验条件下SiCMOSFET的硬开关时开通时单次开关能量由151.0μJ下降到137.5μJ,下降了8.9%;关断时的差别并不明显,原因如前文分析。为了进一步观察共源极电感对于SiCMOSFET关断损耗的影响,增大ZVS软开关实验的关断电流进行试验。图13为输出功率1kW时软开关波形,图(a)为含有共源极电感的开关波形,因为是零电压开通,所以开通波形和图(b)不含共源极电感的波形一致。但关断时门极电压波形相比于图(b)有更为明显的振荡现象。图14是同为1kW输出功率时SiCMOSFET硬开关和软开关的单次开关能量。当不含8.5nH的共源极电感,SiC基MOSFET在实验条件下的硬开关单次开关能量由162.0μJ下降到148.4μJ,下降了8.6%,软开关单次开关能量由22.6μJ下降到19.8μJ,下降了12.4%。3开通和关断的损耗和降低本文就共源极电感对于SiCMOSFET的开关损耗影响进行了分析。通过测量芯片结温温升和芯片热阻的方法间接得到芯片的损耗。并且通过采用零电