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电动汽车驱动
★ 4.0
快速开关功率晶体管导通电压检测：评估、挑战与先进设计考虑
On-State Voltage Sensing of Fast-Switching Power Transistors: Evaluation, Challenges, and Advanced Design Considerations
| 作者 | Mathias C. J. Weiser · Jan Tausk · Ingmar Kallfass |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年4月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 导通态电压测量 综合评估方法 钳位电路 功率半导体器件 表征 |
语言:
中文摘要
快速准确地感测导通状态电压是功率半导体器件特性表征的重要组成部分。虽然文献中有许多不同的方法和电路，但结果往往难以比较，这阻碍了评估过程。为了能够与其他电路进行明确的比较，本文提出了一种全面的评估方法，用于评估和比较导通状态电压测量电路。此外，还提出了两种定制的钳位电路，并使用所开发的基准测试方案对其进行了评估。这两种电路的 3 分贝频率分别达到 54.6 MHz 和 250.9 MHz，平均响应时间分别为 41.1 ns 和 23.1 ns，可用于 1200 V 功率器件的特性表征。
English Abstract
The fast and accurate sensing of the on-state voltage is a vital part of power semiconductor device characterization. While there are many different approaches and circuits in the literature, the results are often difficult to compare, obstructing the evaluation process. To allow a conclusive comparison with other circuits, a comprehensive evaluation approach to assess and compare on-state voltage measurement circuits is proposed. In addition, two custom clamping circuits are proposed and evaluated with the developed benchmarking scheme. The circuits reach 3-dB frequencies of 54.6 and 250.9 MHz and average reaction times of 41.1 and 23.1 ns, respectively, and can be used for the characterization of 1200 V power devices.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务角度来看，这项关于功率晶体管导通态电压快速精确感测技术具有重要的战略意义。作为光伏逆变器和储能系统的核心企业，我们的产品性能很大程度上取决于功率半导体器件的精确表征和可靠运行。
该论文提出的先进钳位电路能够实现高达250.9 MHz的3-dB频率和23.1纳秒的平均响应时间，这对于我们采用的SiC和GaN等快速开关器件的在线状态监测至关重要。在光伏逆变器和储能变流器中，精确的导通压降测量可以实现多重价值：首先，通过实时监测IGBT或MOSFET的导通电阻变化，可以提前预判器件老化和潜在故障，这对提升系统可靠性和降低运维成本具有直接意义；其次，精确的损耗计算能够优化系统效率，这在大型地面电站和工商业储能项目中可带来显著的经济效益。
从技术成熟度评估，该研究针对1200V功率器件的表征方案与我们主流产品的电压等级高度契合，且提出的综合评估基准方法为我们建立内部测试标准提供了参考框架。然而，将该技术从实验室环境转化为产品级应用仍面临挑战，包括在高温、强电磁干扰等恶劣工况下的测量稳定性，以及成本控制问题。
建议我们的研发团队深入评估该技术在新一代高频化、高功率密度产品中的集成可能性，特别是在基于碳化硅器件的1500V光伏系统和高倍率储能系统中的应用潜力，这将成为我们保持技术领先优势的重要方向。