發(fā)布時(shí)間：2021-12-23 07:53

　　碳化硅功率MOSFET由于同時(shí)具有寬禁帶器件耐高溫、耐高壓的特性,和功率MOSFET驅(qū)動(dòng)損耗小,開關(guān)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn),可以保證良好的工作特性和較高的穩(wěn)定性,滿足汽車、電源、航空航天等系統(tǒng)對(duì)電力電子設(shè)備在能量密度、工作效率、節(jié)能環(huán)保等方面日益提高的要求,因此越來越成為研究和使用的熱點(diǎn)。但在較高的開關(guān)頻率下碳化硅功率MOSFET可能會(huì)產(chǎn)生振蕩,過壓和過流,這會(huì)造成巨大的開關(guān)損耗,導(dǎo)致器件溫度上升,影響器件的性能甚至造成器件失效。因此對(duì)其進(jìn)行特性建模和暫態(tài)分析,進(jìn)而研究其工作特性并對(duì)其進(jìn)行溫升估計(jì)對(duì)保證器件和系統(tǒng)工作穩(wěn)定性均具有重要意義�；诖�,本文圍繞ST公司生產(chǎn)的SCT30N120型號(hào)的碳化硅功率MOSFET進(jìn)行了如下工作:首先,建立SiC功率MOSFET靜態(tài)模型。對(duì)器件工作原理的理解和對(duì)器件性能的準(zhǔn)確測(cè)量是對(duì)器件進(jìn)行建模分析和溫升估計(jì)的基礎(chǔ)。為獲得器件靜態(tài)特性,搭建基于B1505A功率半導(dǎo)體測(cè)試儀的高溫測(cè)試平臺(tái),對(duì)SCT30N120進(jìn)行了測(cè)試,得到其寬溫度范圍內(nèi)的輸出特性、轉(zhuǎn)移特性、通態(tài)電阻、閾值電壓、寄生電容等參數(shù)曲線,并對(duì)其進(jìn)行曲線擬合建模,為后續(xù)對(duì)動(dòng)態(tài)特性的精確擬合建立基礎(chǔ)。其次,對(duì)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

碳化硅MOSFET的關(guān)斷過程

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-2-行進(jìn)一步研究，其使用的封裝型號(hào)為HiP247型號(hào)，具體封裝外型及尺寸由數(shù)據(jù)手冊(cè)給出，如圖4-1所示。圖4-1數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的HiP247芯片封裝外形尺寸表4-1芯片外型尺寸(mm)數(shù)值最小值典型值最大值A(chǔ)4.855.15A12.202.60b1.01.40b12.02.40b23.03.40c0.400.80D19.8520.15E15.4515.70e5.305.455.60L14.2014.80L13.704.30L218.50P3.553.65R4.505.50S5.305.505.70由于缺乏實(shí)驗(yàn)條件，難以通過破壞結(jié)構(gòu)的方法對(duì)碳化硅功率MOSFET芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量；文獻(xiàn)[51]中對(duì)SCT30N120的器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，通過EDX，F(xiàn)TIR和GC-MS分析等手段對(duì)SCT30N120的TO-247型封裝進(jìn)行了評(píng)估，得到了芯片內(nèi)部各部分結(jié)構(gòu)組成、尺寸及材料分析結(jié)果，同時(shí)基于碳

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-(a)正面視角(b)背面視角(c)焊料層與芯片連接細(xì)節(jié)(d)芯片封裝內(nèi)部圖4-3ANSYS中碳化硅功率MOSFET有限元模型將建立的模型經(jīng)過簡(jiǎn)化，得到熱仿真軟件可識(shí)別的類型。將其導(dǎo)入到Icepak中，由于開關(guān)器件開關(guān)速度很快，而散熱過程較慢，兩者的時(shí)間常數(shù)相差很多，為簡(jiǎn)化分析和提高仿真速度，將碳化硅內(nèi)部芯片設(shè)置為穩(wěn)定熱源，對(duì)碳化硅MOSFET進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分質(zhì)量情況如圖4-4所示，可見質(zhì)量情況較好。設(shè)置其平均功率為2W，得到芯片表面溫度仿真結(jié)果如圖4-5所示。圖4-4劃分的網(wǎng)格質(zhì)量情況(a)芯片正面視角(b)芯片背面視角圖4-5自然冷卻時(shí)碳化硅MOSFET外部溫度分布情況封裝外殼管腳背板焊料NiAg芯片Al

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]分立型功率MOSFET結(jié)溫估計(jì)的非線性熱網(wǎng)絡(luò)模型和參數(shù)辨識(shí)方法[J]. 萬萌,應(yīng)展烽,張偉.  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2019(12)
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[3]基于各層材料傳熱特性的晶閘管結(jié)溫計(jì)算等效電路模型[J]. 熊詩成,魯軍勇,鄭宇鋒,曾德林.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2018(04)
[4]基于傳熱動(dòng)力學(xué)作用特征的IGBT結(jié)溫預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型[J]. 劉賓禮,羅毅飛,肖飛,熊又星,賈英杰.  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2017(12)
[5]IGBT模塊柵極電壓米勒平臺(tái)時(shí)延與結(jié)溫的關(guān)系[J]. 方化潮,鄭利兵,王春雷,方光榮,韓立.  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2016(18)
[6]寬禁帶半導(dǎo)體器件研究現(xiàn)狀與展望[J]. 朱梓悅,秦海鴻,董耀文,嚴(yán)仰光,徐華娟.  電氣工程學(xué)報(bào). 2016(01)
[7]雙饋風(fēng)電機(jī)組變流器IGBT結(jié)溫計(jì)算與穩(wěn)態(tài)分析[J]. 李輝,秦星,薛宏濤,朱祚恒,劉盛權(quán),李洋,林波,楊波.  電機(jī)與控制學(xué)報(bào). 2015(08)
[8]一種用于風(fēng)電變流器可靠性評(píng)估的結(jié)溫?cái)?shù)值計(jì)算方法[J]. 杜雄,李高顯,吳軍科,孫鵬菊,周雒維.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2015(11)
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[10]寬禁帶碳化硅功率器件在電動(dòng)汽車中的研究與應(yīng)用[J]. 王學(xué)梅.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2014(03)

博士論文
[1]SiC MOSFET開關(guān)損耗模型與新結(jié)構(gòu)研究[D]. 李軒.電子科技大學(xué) 2017

碩士論文
[1]SiC MOSFET開關(guān)振蕩特性及并聯(lián)應(yīng)用器件篩選的研究[D]. ABUOGO James Opondo.華北電力大學(xué)(北京) 2019
[2]考慮溫度特性的SiC MOSFET PSpice建模研究[D]. 郭浩波.北京交通大學(xué) 2019
[3]雜散電感對(duì)SiC MOSFET開關(guān)過程的影響分析及優(yōu)化研究[D]. 謝宗奎.華北電力大學(xué)(北京) 2019
[4]電動(dòng)汽車變流器的電熱耦合模型及結(jié)溫改善研究[D]. 鄭浩.華南理工大學(xué) 2016
[5]風(fēng)電變流器中功率半導(dǎo)體器件可靠性評(píng)估及其改善措施的研究[D]. 李高顯.重慶大學(xué) 2015
[6]4H-SiC浮動(dòng)結(jié)功率UMOSFET的模擬研究[D]. 蔣明偉.西安電子科技大學(xué) 2014
[7]功率分立器件封裝熱阻與熱可靠性試驗(yàn)數(shù)值模擬研究[D]. 楊凱龍.上海交通大學(xué) 2014
[8]電源模塊功率器件熱阻及互連結(jié)構(gòu)熱疲勞研究[D]. 郭奇.華南理工大學(xué) 2013
[9]兩種新穎結(jié)構(gòu)4H-SiC功率MOSFET的模擬與性能分析[D]. 李華超.西安電子科技大學(xué) 2013
[10]SiC MOS的介質(zhì)層/SiC界面特性研究[D]. 多亞軍.西安電子科技大學(xué) 2013



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