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储能系统技术 储能系统 SiC器件 多物理场耦合 ★ 4.0

SiC MOSFET中动态开关应力的解耦效应

Decoupling Effects for Dynamic Switching Stress in SiC MOSFETs

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中文摘要

本研究依据行业准则,对经过各种动态测试的碳化硅(SiC)金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管(MOSFET)的阈值电压(<italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">V<sub>th</sub></i>)退化情况进行了对比分析。为确保对比的公平性,采用了定制的实验装置。观察到的退化结果显示,其会因是否施加高电压、驱动条件或开关事件的发生情况而有所不同。通过有限元方法(FEM)模拟和寄生电容分析,对实验观察结果进行了全面解释。此外,本研究还提出了一个概念框架和方法,可通过简化的退化测试程序来模拟高压老化效应。

English Abstract

This study conducts a comparative analysis of the Threshold Voltage (Vth) degradation in Silicon Carbide (SiC) MOSFETs subjected to various dynamic tests in accordance with industry guidelines. To ensure a fair comparison, a custom experimental setup is employed. The observed degradation outcomes show variability depending on whether high voltage levels were applied, driving conditions or switching events occurrence. A comprehensive explanation of the experimental observations is provided by means of Finite Element Method (FEM) simulations and parasitic capacitances analysis. Furthermore, the study introduces a conceptual framework and methodology facilitating the emulation of high-voltage aging effects through simplified degradation test procedures.
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SunView 深度解读

该SiC MOSFET动态应力解耦研究对阳光电源ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器的功率器件设计具有重要指导意义。研究揭示的高频开关下热-电场耦合导致Vth退化机制,可直接应用于PowerTitan大型储能系统中SiC模块的热管理优化和开关频率设计。通过解耦分析电场应力与热应力的独立影响,可改进三电平拓扑中SiC器件的栅极驱动策略,降低氧化层退化速率。该成果为阳光电源在1500V高压系统和高频化设计中提升SiC器件长期可靠性、延长产品寿命提供了理论依据,特别适用于充电桩等高频开关应用场景的器件选型与应力管理优化。