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功率器件技术 SiC器件 ★ 5.0

SiC MOSFET结构变异对温度估计中TSEP性能的影响

Impact of Structural Variation in SiC MOSFETs on TSEP Performances for Temperature Estimation

作者
期刊 IEEE Transactions on Electron Devices
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 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 碳化硅MOSFET 温度敏感电参数 栅极结构 温度监测 双脉冲测试
语言:

中文摘要

在电力电子变换器运行过程中,对碳化硅(SiC)金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管(MOSFET)的温度进行精确监测至关重要。利用温度敏感电参数(TSEPs)实现在线实时温度监测是该领域一种很有前景的技术。然而,以往的研究并未充分考虑器件结构差异如何影响待监测参数的选择以及监测结果的准确性。本文对不同栅极结构的 SiC MOSFET 的温度敏感电参数进行了全面研究。详细分析了温度敏感电参数随器件温度变化的物理机制,并通过双脉冲测试进行了验证。这项对比研究揭示了器件温度对不同栅极结构 SiC MOSFET 中典型温度敏感电参数的影响机制,并从灵敏度和线性度方面为温度敏感电参数的选择提供了指导,以实现更精确的器件温度测量。这些研究结果对安全关键应用场景具有重要的实际意义。

English Abstract

The accurate monitoring of the temperature of silicon-carbide (SiC) MOSFETs during operation in power electronic converters is crucial. The use of temperature-sensitive electrical parameters (TSEPs) to enable online real-time temperature monitoring is a promising technique in this field. However, previous studies have not fully considered how the structural differences in devices affect the selection of parameters to be monitored and the accuracy of the monitoring results. This article presents a comprehensive study of TSEPs of SiC MOSFETs with different gate structures. The physical mechanisms governing the variation of TSEPs with various device temperatures are analyzed in detail and validated through the double-pulse tests. This comparative research reveals the affecting mechanism of device temperature on typical TSEPs in SiC MOSFETs with different gate structures and provides guidance on TSEP selection in terms of sensitivity and linearity to achieve better accuracy of device temperature measurement. The findings have significant practical implications for the safety-critical application scenarios.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项关于SiC MOSFET温度监测技术的研究具有重要的实用价值。作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商,我们的产品正加速向高功率密度、高效率方向发展,而SiC器件已成为新一代功率变换器的核心部件。

该研究聚焦于利用温度敏感电参数(TSEP)实现SiC MOSFET的在线实时温度监测,这直接契合我们在逆变器和储能变流器领域的技术痛点。当前我们的产品在大功率应用场景下,功率器件的热管理是影响系统可靠性和寿命的关键因素。传统的温度监测方法往往依赖外置传感器,存在响应滞后和测量位置偏差的问题,而基于TSEP的方法能够实现器件结温的直接、实时监测。

论文的核心贡献在于系统分析了不同栅极结构的SiC MOSFET在TSEP性能上的差异,揭示了器件结构变化对温度监测精度的影响机理。这为我们在产品设计阶段选择合适的功率器件和优化温度监测策略提供了理论依据。特别是在安全关键型应用场景,如大型地面电站、工商业储能系统中,精准的温度监测能够实现更智能的热管理和故障预警,显著提升系统可靠性。

从技术成熟度看,TSEP技术已具备工程化应用基础,但仍需解决不同工况下的标定复杂性和长期稳定性问题。建议我们的研发团队可将此技术纳入下一代智能功率模块的开发路线图,结合自主开发的控制算法,形成差异化的热管理解决方案,进一步巩固我们在高可靠性电力电子产品领域的技术领先优势。