芯片参数分散性对多芯片并联SiC MOSFET热安全工作区的影响

为评估多芯片并联SiC MOSFET在最高结温限制下的热安全工作区（TSOA），提出一种基于芯片-模块-系统级联合电热仿真与输出电流预测模型的评估方法，有效减少仿真次数并经实验验证。采用蒙特卡罗模拟分析芯片参数分散性对TSOA的影响，发现高开关频率下主导因素为阈值电压与栅源电压极差，低频下则为导通电阻与跨导均值。进一步通过TSOA灵敏度进行多目标优化分组，实现TSOA延拓。

SiC MOSFET功率模块通常由并联芯片组成,以实现应用系统所需的电流能力.然而,由于器件制备的工艺波动引起芯片参数分散性,叠加封装寄生参数与等效热阻非对称性,导致每个芯片的电热行为存在显著差异,使得相同最高结温限制下的工作区存在差异.因此,该文首先提出一种描述变换器应用中多芯片并联SiC MOSFET功率模块在给定最高结温限制下热安全工作区(TSOA)的评估方法,通过芯片级-模块级-系统级联合电热仿真并结合输出电流预测模型,能在减少仿真次数的基础上确定 TSOA,并通过仿真与实验验证了所提 TSOA评估方法的有效性.然后,运用蒙特卡罗(MC)模拟研究了芯片参数分散性在不同热限制、不同开关频率和分散范围下对多芯片并联SiC MOSFET TSOA的影响,发现TSOA的延拓或收缩在高开关频率下的主要影响因素为阈值电压与转移特性中达到额定电流时栅源电压的极差,而低开关频率下变为并联芯片导通电阻与跨导的均值.最后,提出TSOA延拓方法,通过变芯片参数分散范围的蒙特卡罗模拟并利用TSOA灵敏度进行多目标优化分组,提高单个多芯片并联功率模块的TSOA.