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关键词： SiC MOSFET   并联均流   栅极驱动   主动调控  

摘要： 随着当今时代电力电子技术的发展,SiC MOSFET在高频、高温、高压以及大电流等场合中得到广泛应用,然而,由多管并联所导致的不均流问题成为了当下SiC MOSFET模块广泛应用中的一大阻碍。针对这一问题,文中提出一种基于动态栅电阻的SiC MOSFET模块并联均流方法,其主要原理是通过利用SiC MOSFET开关瞬间漏极电流在源极寄生电感上感应出的电压来检测电流,并通过动态调节栅极驱动电阻来实现并联模块的电流同步。最后,通过利用多脉冲实验对文中所提出的均流策略的可行性及优势进行了实验验证。结果表明,动态栅极电压主动并联均流策略可以有效改善并联模块间电流均流问题。

关键词： 槽型场效应管   总剂量电离效应   阈值漂移   低剂量率  

摘要： 基于抗辐射100V trench型N-Channel MOSFET不同剂量率的总剂量实验进行探讨，创新性提出了器件随低剂量率累积以及不同偏置状态下的变化趋势和机理，给出了器件实验前后的转移曲线和直流参数，进行了二维数值仿真比较，证明了实验和仿真的一致性。研究表明：1)随高剂量率的剂量增加，器件阈值电压(VTH)发生了明显负向漂移现象，导通电阻(RDSON)出现5%左右的降低，击穿电压(BVDS)保持基本不变；2)低剂量率下总剂量效应与高剂量率有明显不同，阈值电压漂移量减小，同时出现正向漂移现象；此时导通电阻(RDSON)和击穿电压(BVDS)较高剂量率变化量进一步下降。研究认为低剂量率下器件界面缺陷电荷增加变多，使得阈值电压的漂移方向发生改变，同时低剂量率实验周期是高剂量率的500倍，退火效应也较高剂量率的明显，导致器件参数辐射前后差异性减小。

关键词： SiC MOSFET   开关瞬态   解析建模   跨导   寄生电容  

摘要： 在评估和优化半导体器件开关瞬态特性领域，解析模型因具有简单、直观、应用便捷等优点得到了广泛研究。相较同等功率等级的硅基功率器件，碳化硅(silicon carbide，SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor，MOSFET)可以应用于更高开关速度，其开关瞬态特性更为复杂，开关瞬态解析建模也更加困难。本文总结了现有的针对SiC MOSFET与二极管换流对的开关瞬态解析建模方法，在建模过程中依次引入各种简化假设，按照简化程度由低到高的顺序，梳理了解析建模的逐步简化过程。通过对比，评估了各模型的优缺点以及适用场合，对其中准确性、实用性都较强的分段线性模型进行了详细介绍。之后，对开关瞬态建模中关键参数的建模方法进行了总结与评价。最后，指出了现有SiC MOSFET开关瞬态解析模型中存在的问题，并对其未来发展给出了建议。

关键词： SiC MOSFET   栅氧老化   栅极振荡   在线状态监测  

摘要： 栅氧老化问题已成为制约SiC MOSFET可靠性的关键因素，论文尝试利用SiC MOSFET高速开关在变换器中引起的高频开关振荡获取栅氧状态信息，重点研究了栅氧老化对开通瞬态栅极高频振荡特性的影响。首先，分析SiC MOSFET栅氧老化机理及其对器件开通时间的影响。然后，建立开通瞬态栅极回路分阶段高频等效电路模型，揭示SiC MOSFET栅极开通振荡电流的形成机理和影响因素。最后，通过33V高压栅偏加速老化实验进行验证。研究结果表明，随着栅氧老化程度的加深，SiC MOSFET阈值电压会逐渐增加而开通速度变慢，导致栅极开通振荡电流显著减小(约28%)。论文工作有望为SiC MOSFET栅氧老化在线监测提供一种新的思路。

关键词： 固态断路器   SiC MOSFET   失效分析   老化特征  

摘要： 基于SiC MOSFET的直流固态断路器因其具有快速分断故障电流的能力而广受瞩目，然而SiC MOSFET的失效机理较为复杂，有别于传统功率半导体器件的热失效模式，SiC MOSFET具有特殊的栅极失效及老化特征，但是相关特性及机理尚不明确，为固态断路器的失效及老化判别带来了较大的困难。本文针对上述问题，以基于SiC MOSFET的400V直流固态断路器为研究对象，探究了器件在断路器这一特殊工况下的单次及多次硬开关特性，验证了SiC MOSFET在单次或多次动作过程中均有可能发生栅极失效，且出现了栅极电压降低这一新的老化特性。采用有限元仿真进行器件级分析，得到了其内部在动作过程中的温度分布及热应力分布情况，结果表明器件栅极结构附近的温升接近1000K，并会产生1.4GPa的热应力。通过对失效器件的开封、切片及电镜扫描处理，确认了栅极氧化层的裂缝存在，验证了SiC MOSFET由于热应力导致栅极结构开裂，并导致栅极失效及老化的机理。

关键词： SiC MOSFET   同步驱动   脉冲变压器   谐振   驱动功率  

摘要： 为实现全固态Marx发生器中多个SiC MOSFET开关的同步驱动,设计了一种基于脉冲变压器的驱动控制电路。多路驱动信号的同步性会影响到Marx发生器的输出波形参数,因此要求驱动信号具有快脉冲前沿、低抖动特点。根据SiC MOSFET驱动原理及要求,分析了SiC MOSFET驱动电路脉冲前沿的影响因素,分析计算其相关参数,进行仿真模拟验证。设计了共初级穿芯10级串联的脉冲变压器,初次级的匝数分别为1匝和9匝,次级经正负脉冲信号调理电路后驱动10级Marx电路。实测结果表明利用脉冲变压器原边漏感与谐振电容构成的谐振电路在断续模式下,驱动功率越大,脉冲前沿越快且同步性越好。该同步驱动电路的脉冲前沿为112 ns,脉宽1~10μs可调,频率10~25 kHz可调,满足固态Marx发生器参数调整需求。

关键词： 电力电子变压器   电磁暂态   二端口网络   参数转换  

摘要： 电力电子变压器(powerelectronictransformer,PET)在大规模交直流混联和新能源并网中发挥着重要作用。由于PET高矩阵阶数与小仿真步长的特点,其电磁暂态(electromagnetic transient,EMT)仿真效率极低,无法满足精确快速仿真需求。该文以二端口PET为研究对象,给出一种基于二端口网络参数方程的等效建模方法。以双有源桥(dualactivebridge,DAB)型PET为例,通过模块内部传输参数的累乘、各模块混合参数的累加,以及各类参数之间的相互转换,给出了DAB型PET二端口等效电路及参数的获取方法。其次,通过PSCAD/EMTDC仿真测试,当模块数大于50,所提等效模型可实现对详细模型2个数量级以上的提速,最大相对误差小于3%。

关键词： 碳化硅MOSFET   栅极老化   阈值电压   BP神经网络  

摘要： 针对碳化硅MOSFET运行工况复杂、易造成器件栅极老化、影响电力系统可靠性的问题,提出一种基于BP神经网络的碳化硅MOSFET栅极老化监测方法。以碳化硅MOSFET的阈值电压和体二极管通态压降作为栅极老化的敏感表征参数,设计、搭建测试实验平台,获取变测量条件下的电参数值,结合BP神经网络提取健康器件与老化器件样本数据间的特征差异,充分挖掘器件的可靠性信息。实验结果表明:该方法可对碳化硅MOSFET的栅极老化状态进行较为准确的检测和评估。

关键词： 雪崩耐量   屏蔽栅沟槽型MOSFET   元胞   非钳位感性负载开关  

摘要： 提出了一种提高屏蔽栅沟槽型(Shielded-Gate Trench,SGT)金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)雪崩耐量的方法。利用Sentaurus计算机辅助设计软件,通过调整屏蔽栅沟槽型MOSFET元胞区接触孔宽度、深度、注入剂量和注入能量,以降低P型体区电阻,抑制寄生三极管的开启,提高器件雪崩耐量。测试结果表明,优化后的器件雪崩耐量相较基准条件由518.2 mJ提升至583.2 mJ,提升约12.6%。

关键词： 碳化硅MOSFET   暂态分析   桥臂串扰   栅极驱动器   安全工作区   开尔文源极  

摘要： 桥臂串扰指关断态开关管驱动端状态受到同一桥臂支路另一开关管开通或关断的干扰而产生扰动。相比于传统硅器件,碳化硅金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor,MOSFET)开关速度更高、驱动端可靠关断区间更小,因此,其桥臂串扰问题更加突出。为提高碳化硅MOSFET可靠性,有必要分析碳化硅MOSFET桥臂串扰发生过程和特点,并提出相应解决方案。为此,文中首先建立基于碳化硅MOSFET桥臂串扰电路模型,并分析该模型暂态过程;其次,基于分析结果建立桥臂串扰电压极值简化模型,并提出基于桥臂串扰问题安全工作区模型,然后,由此提出并设计具有桥臂串扰抑制功能的栅极驱动电路;最后,通过实验验证所提桥臂串扰模型的可行性,以及所提栅极驱动电路的有效性。