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基于平均栅极驱动电流提取的SiC MOSFET在线栅极漏电流监测
Online Gate Leakage Current Monitoring for SiC MOSFET Based on Average Gate Drive Current Extraction
| 作者 | Wenyuan Ouyang · Tao Fan · Zhijie Qiu · Dan Zheng · Xiaofeng Jiang · Puqi Ning |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年8月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | SiC器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 碳化硅MOSFET 栅极泄漏电流 在线监测方法 监测分辨率 高频升压转换器 |
语言:
中文摘要
监测碳化硅金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管(MOSFET)的栅极泄漏电流至关重要,因为其栅极结构比硅基器件的更为脆弱。然而,现有的栅极泄漏电流监测方法仍无法同时实现高监测分辨率以及与灵活的栅极驱动结构兼容。本文提出了一种基于提取平均栅极驱动电流的碳化硅 MOSFET 在线栅极泄漏电流监测方法。与现有方法相比,该方法实现了亚微安级的监测分辨率。为进行验证,在高频升压转换器中实现了该监测电路。实验结果表明,在整个估计的栅极泄漏电流范围内,该方法的相对误差可接受,并且该方法不会干扰功率转换器的正常运行。
English Abstract
Monitoring the gate leakage current is crucial for silicon carbide mosfets, as their gate structure is more fragile than that of Si-based devices. However, the existing gate leakage current monitoring methods still fail to simultaneously achieve high monitoring resolution and compatibility with a flexible gate drive structure. This letter proposes an online gate leakage current monitoring method for SiC mosfets based on the extraction of the average gate drive current. Compared with existing methods, the proposed method achieves a monitoring resolution at the submicroamperes level. For verification, the monitoring circuit is implemented in a high-frequency boost converter. The experimental results demonstrate that an acceptable relative error is achieved across the entire range of estimated gate leakage current, and that the proposed method does not interfere with the normal operation of the power converter.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于平均栅极驱动电流提取的SiC MOSFET栅极漏电流在线监测技术具有重要的战略价值。随着公司在光伏逆变器和储能系统中大规模应用SiC功率器件以提升系统效率和功率密度,器件的可靠性监测已成为产品差异化的关键要素。
该技术的核心价值在于解决了SiC MOSFET栅极结构脆弱性带来的可靠性隐患。相比传统硅基器件,SiC器件的栅氧化层更薄,更易受到过压、过温等应力损伤。论文提出的亚微安级监测精度可实现早期故障预警,这对阳光电源的大型地面电站和工商业储能系统尤为关键——这些应用场景中单机功率大、运维成本高,预防性维护的经济价值显著。
从技术成熟度评估,该方法已在高频升压变换器中验证,且不干扰变流器正常运行,表明其具备较好的工程化基础。其与灵活栅极驱动结构的兼容性,也契合阳光电源多样化产品线对驱动电路定制化的需求。将此技术集成到现有的智能监控平台,可增强系统级健康管理能力,为"智慧光伏"和"智慧储能"解决方案提供更深层次的数据支撑。
然而,技术落地仍面临挑战:一是需要评估在宽温度范围和复杂电磁环境下的监测稳定性;二是批量应用中的成本控制和标定效率问题;三是如何将监测数据有效融入现有的云平台算法模型。建议与高校合作开展定制化研发,优先在旗舰产品系列中试点应用,逐步建立SiC器件全生命周期管理的技术壁垒,巩固公司在新能源装备智能化领域的领先地位。