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第三象限工作条件下并联SiC MOSFET的浪涌电流分布
Surge Current Distribution in Paralleled SiC MOSFETs Under Third-Quadrant Operation
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | SiC器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 碳化硅MOSFET 浪涌电流 第三象限运行 源漏电阻模型 电流分布 |
语言:
中文摘要
在各种应用中,需要碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在第一和第三象限工作时具有并联浪涌电流能力。在第三象限工作期间,并联SiC MOSFET中的浪涌电流分布需要进一步研究。因此,本文建立了浪涌电流范围内不同栅极偏置下SiC MOSFET的源 - 漏电阻模型,揭示了浪涌电流条件下MOS沟道路径和体二极管路径之间的电流“竞争机制”。然后研究了器件参数差异对并联SiC MOSFET中浪涌电流分布的影响。研究发现,体二极管参数的差异在不同栅极偏置下对浪涌电流分布有显著影响,而MOS沟道的参数差异对浪涌电流分布的影响要小得多,即使在正栅极偏置下也是如此。本文的结论得到了仿真和实验结果的支持。
English Abstract
Surge current capability of paralleled silicon carbide (SiC) metal-oxide-semiconductor-field-effect transistors (mosfets) operating in both first and third quadrants is required in various applications. The surge current distribution in paralleled SiC mosfets during third quadrant operation needs further investigations. This article, therefore, establishes a source–drain resistance model of SiC mosfets under different gate bias in surge current range, which reveals the current “competition mechanism” between the MOS-channel path and the body diode path under surge current conditions. It then investigates the influence of device parameters discrepancy on surge current distribution in paralleled SiC mosfets. It finds out that the discrepancy of body diode parameters has significant influences on surge current distribution under different gate biases, while the parameter discrepancy of MOS-channel has much smaller impact on surge current distribution, even with positive gate bias. The conclusions of this article are supported with simulation and experimental results.
S
SunView 深度解读
从阳光电源光伏逆变器和储能系统的核心应用场景来看,这项关于并联SiC MOSFET第三象限浪涌电流分布的研究具有重要的工程价值。在我们的大功率逆变器和双向储能变流器中,SiC MOSFET并联使用已成为提升功率密度和效率的关键技术路径,而第三象限运行(反向导通)正是这些设备在能量回馈、制动工况和电网故障穿越时的典型工作状态。
该研究揭示的"竞争机制"——MOS沟道路径与体二极管路径在浪涌条件下的电流分配特性,直接关系到我们并联器件的可靠性设计。研究发现体二极管参数差异对浪涌电流分配的影响显著超过MOS沟道参数差异,这为我们的器件筛选和配对策略提供了明确方向。在实际产品中,光伏逆变器需应对雷击、电网电压跌落等极端工况,储能系统则面临短路保护和快速功率响应的挑战,精确掌握浪涌电流分配规律可有效避免单管过流失效,提升系统容错能力。
从技术成熟度看,该研究建立的源漏电阻模型已有仿真和实验验证支撑,可直接应用于我们的电路仿真和热设计优化。当前挑战在于如何将这些机理转化为可量产的器件筛选标准和动态均流控制策略。建议我们与SiC器件供应商深度合作,在来料检验中增加体二极管参数一致性测试,并在下一代产品的栅极驱动设计中考虑浪涌工况下的差异化偏置控制,这将显著提升我们在高可靠性应用场景中的竞争优势。