碳化硅（Silicon Carbide,SiC）材料具有耐壓高、開關(guān)速度快、臨界擊穿電場(chǎng)大、工作頻率高、耐高溫等特點(diǎn),在對(duì)電力電子設(shè)備的效率和功率密度有更高要求的系統(tǒng)中,以SiC材料制備的功率器件成為更優(yōu)的選擇。但SiC由于其較小的芯片面積、較高的電流密度以及較薄的柵氧化層,與硅材料相比,其短路承受能力會(huì)更弱。為了讓碳化硅器件能更加安全可靠地在電力電子設(shè)備中運(yùn)行,對(duì)其短路特性及其故障保護(hù)電路的研究具有重要的意義。本文對(duì)SiC MOSFET的短路特性和保護(hù)電路進(jìn)行研究,首先對(duì)SiC MOSFET器件特性進(jìn)行分析,針對(duì)其器件特性進(jìn)行了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì),確定了驅(qū)動(dòng)電路各部分的參數(shù)�？紤]到實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合中存在的問(wèn)題,所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路具有信號(hào)與電氣隔離、欠壓保護(hù)、短脈沖信號(hào)抑制、故障檢測(cè)和短路保護(hù)功能。在此基礎(chǔ)上,搭建短路測(cè)試平臺(tái),深入分析了不同門極驅(qū)動(dòng)電阻RG、柵源間電容CGs和檢測(cè)盲區(qū)時(shí)間Tblank等因素對(duì)SiC MOSFET短路特性的影響,提出了基于退飽和檢測(cè)的改進(jìn)軟關(guān)斷保護(hù)策略,并完成了電路設(shè)計(jì)。最后對(duì)設(shè)計(jì)的故障保護(hù)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,與傳統(tǒng)關(guān)斷方式相比,采用本文改進(jìn)的軟關(guān)斷方式能夠有效... 

【文章來(lái)源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：65 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

幾種半導(dǎo)體材料性能參數(shù)對(duì)比

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文62SiCMOSFET器件特性及驅(qū)動(dòng)電路研究本章將對(duì)SiCMOSFET的器件特性進(jìn)行分析，討論如何選擇驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)鍵參數(shù)，并介紹雙脈沖測(cè)試原理以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建。最后測(cè)試CREE公司的1200V/300A半橋模塊。2.1靜態(tài)特性下圖2-1和圖2-2是SiIGBT和SiCMOSFET的輸出特性曲線，SiCMOSFET的輸出圖2-1IGBT輸出特性曲線圖2-2SiCMOSFET輸出特性曲線Fig.2-1IGBTOutputCharacteristicCurveFig.2-2SiCMOSFETOutputCharacteristicCurve特性曲線區(qū)域主要分為四個(gè)區(qū)域，分別是截止區(qū)、線性區(qū)（可調(diào)電阻區(qū)）、飽和區(qū)和擊穿區(qū)（雪崩區(qū)）。若外加?xùn)艍盒∮陂撝惦妷篤th，SiCMOSFET處于截止區(qū)，此時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部漏極D和襯底之間的PN結(jié)處于反向狀態(tài)，沒(méi)有形成有效的導(dǎo)電溝道，器件處于阻斷狀態(tài)，漏源極之間的阻抗處于無(wú)窮大。當(dāng)給柵極外加一大于閾值電壓的正電壓時(shí)，在絕緣層和柵極界面上會(huì)感應(yīng)出電荷形成反型層，這層反型層將漏源兩區(qū)連接起來(lái)形成導(dǎo)電溝道，此時(shí)，只要漏源極有外加電壓存在，就會(huì)形成流過(guò)器件的電流，稱為漏極電流ID。正常情況下，SiCMOSFET都工作在線性區(qū)，由于在這個(gè)區(qū)域漏源電壓VDS較小，漏極電流ID與漏源電壓VDS近乎呈線性關(guān)系，所以稱此區(qū)域?yàn)榫�性區(qū)。當(dāng)VDS繼續(xù)增大時(shí)，SiCMOSFET將會(huì)由線性區(qū)過(guò)渡到飽和區(qū)，此時(shí)，即使VDS再增大，ID增長(zhǎng)也近似水平，電流增長(zhǎng)速度不再增加。當(dāng)VDS過(guò)大超過(guò)器件內(nèi)部等效PN結(jié)所能承受的極限時(shí)，此時(shí)器件內(nèi)部漏電流ID將急劇增加造成開關(guān)管最終失效。需要注意的是，IGBT的退飽和現(xiàn)象是從飽和區(qū)過(guò)渡到有源區(qū)，但是SiCMOSFET剛好與之相反，MOSFET的線性區(qū)即為IGBT的飽和區(qū)，為了兩者不至混淆，將SiCMOSFET從線性區(qū)進(jìn)入到飽和區(qū)的過(guò)程也用退飽和來(lái)說(shuō)明。2.2開關(guān)特性研究雙脈沖測(cè)試可以很方便地測(cè)試功率器件

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文62SiCMOSFET器件特性及驅(qū)動(dòng)電路研究本章將對(duì)SiCMOSFET的器件特性進(jìn)行分析，討論如何選擇驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)鍵參數(shù)，并介紹雙脈沖測(cè)試原理以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建。最后測(cè)試CREE公司的1200V/300A半橋模塊。2.1靜態(tài)特性下圖2-1和圖2-2是SiIGBT和SiCMOSFET的輸出特性曲線，SiCMOSFET的輸出圖2-1IGBT輸出特性曲線圖2-2SiCMOSFET輸出特性曲線Fig.2-1IGBTOutputCharacteristicCurveFig.2-2SiCMOSFETOutputCharacteristicCurve特性曲線區(qū)域主要分為四個(gè)區(qū)域，分別是截止區(qū)、線性區(qū)（可調(diào)電阻區(qū)）、飽和區(qū)和擊穿區(qū)（雪崩區(qū)）。若外加?xùn)艍盒∮陂撝惦妷篤th，SiCMOSFET處于截止區(qū)，此時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部漏極D和襯底之間的PN結(jié)處于反向狀態(tài)，沒(méi)有形成有效的導(dǎo)電溝道，器件處于阻斷狀態(tài)，漏源極之間的阻抗處于無(wú)窮大。當(dāng)給柵極外加一大于閾值電壓的正電壓時(shí)，在絕緣層和柵極界面上會(huì)感應(yīng)出電荷形成反型層，這層反型層將漏源兩區(qū)連接起來(lái)形成導(dǎo)電溝道，此時(shí)，只要漏源極有外加電壓存在，就會(huì)形成流過(guò)器件的電流，稱為漏極電流ID。正常情況下，SiCMOSFET都工作在線性區(qū)，由于在這個(gè)區(qū)域漏源電壓VDS較小，漏極電流ID與漏源電壓VDS近乎呈線性關(guān)系，所以稱此區(qū)域?yàn)榫�性區(qū)。當(dāng)VDS繼續(xù)增大時(shí)，SiCMOSFET將會(huì)由線性區(qū)過(guò)渡到飽和區(qū)，此時(shí)，即使VDS再增大，ID增長(zhǎng)也近似水平，電流增長(zhǎng)速度不再增加。當(dāng)VDS過(guò)大超過(guò)器件內(nèi)部等效PN結(jié)所能承受的極限時(shí)，此時(shí)器件內(nèi)部漏電流ID將急劇增加造成開關(guān)管最終失效。需要注意的是，IGBT的退飽和現(xiàn)象是從飽和區(qū)過(guò)渡到有源區(qū)，但是SiCMOSFET剛好與之相反，MOSFET的線性區(qū)即為IGBT的飽和區(qū)，為了兩者不至混淆，將SiCMOSFET從線性區(qū)進(jìn)入到飽和區(qū)的過(guò)程也用退飽和來(lái)說(shuō)明。2.2開關(guān)特性研究雙脈沖測(cè)試可以很方便地測(cè)試功率器件


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