← 返回
失配栅极环路电感对并联SiC MOSFET阈值离散性演化及电流均衡的影响
Influence of Mismatched Gate Loop Inductance on Threshold Dispersity Evolution and Current Sharing of Parallel SiC MOSFETs
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 SiC器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 碳化硅MOSFET 栅极电感失配 阈值电压分散性 电流共享 优化策略 |
语言:
中文摘要
对于高容量应用而言,将多个碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)并联至关重要。然而,要实现并联器件栅极电路的完全对称颇具挑战,这会导致栅极电感不匹配,进而可能引发电流不平衡问题。本文着重研究在栅极电感不匹配的情况下阈值电压分散性的演变及其对均流演变的影响。研究发现,栅极电感不匹配会使阈值电压分散性随栅极应力时间的增加而增大,从而导致均流性能恶化。对一个由两个器件并联的升压转换器进行了测试,结果表明,包含下冲的最小关断栅极电压的差异是导致阈值电压分散性增大的主要诱因。此外,本文提出了一种关态栅极电压优化策略,以有效抑制阈值电压分散性的增大,并改善在栅极回路电感不匹配情况下的均流演变。这些研究成果旨在提升SiC MOSFET在并联应用中的性能。
English Abstract
For high-capacity applications, paralleling multiple silicon carbide (SiC) metal oxide semiconductor field effect transistors (mosfets) is essential. However, it is challenging to achieve complete symmetry in the gate circuits of parallel devices, resulting in mismatched gate inductances, which may lead to the current imbalance. This article focuses on investigating the evolution of threshold voltage dispersity under mismatched gate inductances and its impact on the current sharing evolution. It is found that mismatched gate inductances cause the threshold voltage dispersity to increase with gate stress time, thereby inducing a deterioration in current sharing. A boost converter with two devices in parallel was tested, demonstrating that the difference in the minimum turn-off gate voltage including undershoot is the primary trigger for increased threshold voltage dispersity. Besides, an off-state gate voltage optimization strategy was proposed to effectively mitigate the increase in threshold voltage dispersity and improve the evolution of current sharing under mismatched gate loop inductances. The findings are intended to improve the performance of SiC mosfets in parallel applications.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项关于并联SiC MOSFET栅极回路电感失配的研究具有重要的工程应用价值。在我们的大功率光伏逆变器和储能变流器产品中,为实现更高的功率密度和效率,普遍采用多管并联技术。该论文揭示的栅极电感失配导致阈值电压分散性增加,进而引发电流不均衡的机理,直接关系到产品的长期可靠性和性能稳定性。
该研究的核心发现对我们的设计优化具有直接指导意义。论文通过升压变换器实验证实,关断时栅极电压的最小值差异(包括下冲)是触发阈值电压分散性增加的主要因素,这为我们在PCB布局设计和栅极驱动电路优化时提供了明确的控制目标。特别是其提出的关断栅极电压优化策略,可以有效缓解电感失配带来的负面影响,这对于我们在实际生产中难以完全消除寄生参数差异的情况下,提供了一种成本效益更优的解决方案。
从技术成熟度评估,该研究基于实际boost电路验证,具备较强的工程可行性,可快速应用于我们的1500V高压光伏逆变器和大容量储能PCS产品的下一代设计中。然而,挑战在于如何在大规模生产中实现栅极电压的精确控制,以及如何将该策略与现有的短路保护、过温保护等机制协同工作。
建议我们的研发团队深入跟进这一技术方向,结合自身在SiC功率器件应用方面的积累,开展针对性的并联均流技术研究,这将有助于进一步提升产品竞争力,巩固在新能源电力电子领域的技术领先地位。