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储能系统技术 储能系统 SiC器件 ★ 5.0

线性和六边形拓扑SiC平面MOSFET短路特性与失效模式研究

Investigation on Short-Circuit Characteristics and Failure Modes of SiC Planar MOSFETs With Linear and Hexagonal Topologies

作者 Huan Wu · Houcai Luo · Jingping Zhang · Bofeng Zheng · Ruonan Wang · Guoqi Zhang
期刊 IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in 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 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 碳化硅MOSFET 单元拓扑 短路鲁棒性 短路失效机制 开关模型
语言:

中文摘要

本文对比评估了线性和六边形元胞拓扑结构的碳化硅(SiC)MOSFET在不同栅极电压、母线电压和壳温条件下的单脉冲短路鲁棒性,研究了两种拓扑结构的短路失效机理。提出并分析了一种新的门极失效与热失控导致短路失效的切换模型。首次在相同短路能量条件下对比评价了两种元胞拓扑的鲁棒性表现,全面揭示了元胞拓扑结构对SiC MOSFET短路鲁棒性的综合影响机制。

English Abstract

This article compares and evaluates the single pulse short-circuit robustness of silicon carbide (SiC) MOSFETs with linear and hexagonal cell topologies under different gate voltages, bus voltages, and case temperatures. The short-circuit failure mechanisms of the linear and hexagonal cell topologies are studied. A new switching model for gate failure and thermal runaway short-circuit failure modes is proposed and analyzed. The robustness performance of the linear and hexagonal cell topologies is compared and evaluated under the same short-circuit power for the first time, fully revealing the comprehensive impact mechanism of cell topologies on the short-circuit robustness for SiC MOSFETs.
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SunView 深度解读

该研究对阳光电源SiC器件应用具有重要指导价值。短路鲁棒性是ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器功率模块设计的核心安全指标。研究揭示的元胞拓扑对短路耐受的影响机制,可直接应用于阳光电源自主SiC MOSFET选型与定制开发,通过优化六边形拓扑设计提升器件短路承受能力。门极失效与热失控的切换模型为PowerTitan大型储能系统的多层保护策略设计提供理论依据,可优化栅极驱动电路参数和短路检测算法,提升系统在电网故障工况下的可靠性。该技术同样适用于车载OBC和充电桩等高功率密度应用场景的器件失效预测与防护设计。