發(fā)布時間：2018-05-11 15:30

  本文選題：SiC + MOSFET��； 參考：《浙江大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：與傳統(tǒng)硅(Si)功率器件相比,寬禁帶功率半導(dǎo)體器件有很多出色的性能,其中碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)功率器件應(yīng)用越來越廣泛,有可能在未來全面替代Si功率器件而成為下一代功率半導(dǎo)體器件。目前對寬禁帶功率半導(dǎo)體器件性能的研究還不夠完善,不同器件制造商所提供器件手冊的測試條件各異,一些器件特性數(shù)據(jù)未提供,無法在相同測試條件下對GaN、SiC、Si三種材料的功率器件進(jìn)行特性分析和比較。寬禁帶功率半導(dǎo)體器件應(yīng)用中最大的挑戰(zhàn)是高速開關(guān)下寄生參數(shù)對器件特性的影響更加顯著,為了分析寄生參數(shù)對開關(guān)特性的影響需要建立寬禁帶半導(dǎo)體器件解析模型,而目前高耐壓GaN功率晶體管中采用的共柵共源結(jié)構(gòu)解析模型研究還很不成熟。本文從器件損耗的角度,在不同條件下對SiC MOSFET、GaN功率晶體管及Si功率器件做詳細(xì)的測試、比較和分析。文中首先測試了不同驅(qū)動電壓、驅(qū)動電阻、電流、溫度下SiC MOSFET、GaN功率晶體管及Si功率器件的導(dǎo)通特性和開關(guān)特性,并進(jìn)行導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗計算,對寬禁帶功率半導(dǎo)體器件損耗隨著驅(qū)動電壓、驅(qū)動電阻、電流、溫度的變化規(guī)律進(jìn)行了分析。然后在逆變器應(yīng)用中對不同器件工作狀態(tài)進(jìn)行分析進(jìn)而對器件整體損耗進(jìn)行仿真計算及實驗。此外,GaN功率晶體管存在反并二極管關(guān)斷時的電壓尖刺過高,閾值電壓低且驅(qū)動回路易受干擾的問題,本文給出了應(yīng)用中的注意事項。最后,本文針對共柵共源結(jié)構(gòu)GaN功率晶體管進(jìn)行開關(guān)過程分析及建模,考慮了共柵共源結(jié)構(gòu)中PCB和引線寄生電感以及器件結(jié)電容,計算得出共柵共源結(jié)構(gòu)GaN功率器件開關(guān)過程中電壓電流時域表達(dá)式,得到開關(guān)過程波形及損耗,模型與實驗結(jié)果較吻合。
[Abstract]:Compared with traditional Si Si) power devices, wide band gap power semiconductor devices have many excellent performances, among which silicon carbide (sic) and gallium nitride (gan) power devices are more and more widely used. It is possible to replace Si power devices as the next generation power semiconductor devices in the future. At present, the research on the performance of wide-band gap power semiconductor devices is not perfect. The testing conditions of device manuals provided by different device manufacturers are different, and some device characteristic data are not provided. It is impossible to analyze and compare the characteristics of three kinds of power devices of gan Si Si under the same test conditions. The biggest challenge in the application of wide-band gap power semiconductor devices is that the parasitic parameters have more significant influence on the characteristics of the devices under high-speed switching. In order to analyze the effects of parasitic parameters on the switching characteristics, an analytical model of wide-band gap semiconductor devices is needed. However, the analytical model of the common gate source structure used in high voltage GaN power transistors is still immature. In this paper, SiC MOSFET gan power transistors and Si power devices are tested, compared and analyzed under different conditions from the point of view of device loss. In this paper, the on-on and switching characteristics of SiC MOSFETGaN power transistors and Si power devices at different driving voltage, drive resistance, current and temperature are tested, and the on-loss and switching losses are calculated. The variation of the loss of wide-band gap power semiconductor devices with driving voltage, drive resistance, current and temperature is analyzed. Then, in the application of inverter, the working states of different devices are analyzed, and the overall loss of the device is simulated and tested. In addition, GaN power transistors have the problems of high voltage spike, low threshold voltage and easy interference in driving circuit when the diode is turned off. Some points for attention in application are given in this paper. Finally, the switching process analysis and modeling of the GaN power transistor with the common gate source structure are carried out. The parasitic inductance of PCB and lead and the junction capacitance of the device are considered. The time domain expressions of voltage and current in the switching process of the GaN power device with a common gate source structure are obtained, and the waveform and loss of the switch process are obtained. The model is in good agreement with the experimental results.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN303

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本文編號：1874528