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SiC MOSFET的短路耐受时间分析及其基于di/dt-PMOS的短路保护
Short-Circuit Withstand Time Analysis of SiC MOSFET and Its Short-Circuit Protection Based on di/dt-PMOS
谢佳明 · 魏金萧 · 吴彬兵 · 丰昊 等5人 · 电工技术学报 · 2025年1月 · Vol.40
为提升SiC MOSFET的短路可靠性，本文测量了不同母线电压、驱动电压、驱动电阻、主回路寄生电感及栅极阈值电压下的短路电流特性，定量分析各参数对短路电流的影响，进而提出延长短路耐受时间的优化思路。这些参数直接影响短路保护电路的设计裕度。传统方法利用开尔文源极与功率源极间寄生电感的感应电压结合RC滤波实现保护，但在硬开关与负载短路工况下存在保护阈值不一致问题，易导致保护失效。为此，本文提出基于di/dt-PMOS的短路保护策略，确保了触发阈值的一致性，并通过理论推导与实验验证了该方法的有效性。
解读: 该研究对阳光电源的SiC器件应用具有重要指导意义。通过优化短路保护策略，可显著提升ST系列储能变流器、SG系列光伏逆变器及充电桩产品的可靠性。研究发现的参数影响规律有助于指导功率模块设计，特别是在大功率密度场景下的器件选型与驱动电路优化。基于di/dt-PMOS的保护方案可为阳光电源三电平拓扑中的S...
基于半物理的SiC MOSFET电路仿真模型，可外推至高温
Semi-Physics-Based SiC MOSFET Circuit Simulation Model Capable of Extrapolation to High Temperatures
Takeru Suto · Akira Inoue · Haruka Shimizu · Yuki Mori · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年9月
本研究开发了一种能够预测包括短路情况在内的超高温运行的碳化硅（SiC）金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）电路仿真模型。推导了一种将MOS和结型场效应晶体管（JFET）组件相结合的基本结构，从而能够重现短路事件期间的限制过程。此外，还纳入了基于物理原理的体声子散射、库仑散射、表面声子散射和界面粗糙度散射模型。同时还建立了受陷阱影响的可移动电荷载流子模型，使得能够基于低温拟合来外推超高温行为。结果表明，该模型不仅可以预测静态和开关特性，还能预测短路特性。该模型有望对诸如短路保护...
解读: 从阳光电源的业务角度来看，这项SiC MOSFET半物理仿真模型技术具有重要的战略价值。作为光伏逆变器和储能系统的核心功率器件，SiC MOSFET的可靠性直接影响产品性能和系统安全性。该模型通过整合物理散射机制和陷阱载流子模型，实现了从低温数据外推至超高温工况的预测能力，这对于我们在极端环境下的产...
一种基于Vgs与Vds联合检测的SiC MOSFET短路保护方法
A Short-Circuit Protection Method for SiC MOSFET Using Combined Vgs and Vds Detection
Jiaming Xie · Jinxiao Wei · Hao Feng · Binbing Wu 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年4月
本信函提出了一种简单可靠的短路保护（SCP）方法，称为 $v_{gs}$ 和 $v_{ds}$ - SCP，用于碳化硅（SiC）金属 - 氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），该方法通过同时监测 $v_{gs}$ 和 $v_{ds}$ 来实现。当 $v_{gs}$ 和 $v_{ds}$ 均超过各自的预设阈值时，保护功能启动，从而能够有效抵御硬开关故障（HSF）和负载下故障（FUL）。与现有方法相比，所提出的电路设计结构更简单，且不受封装类型的限制。搭建了一个测试平台来验证所提出的 $v_{g...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项SiC MOSFET短路保护技术具有重要的应用价值。作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商，我们在大功率电力电子变换器中广泛采用SiC MOSFET器件，以实现更高的效率和功率密度。然而，SiC器件的短路耐受能力较传统IGBT更弱，通常仅为3-5微秒，这对保护电路的响...
一种基于漏极电压摆动的SiC MOSFET快速短路检测方法
A Fast Short Circuit Detection Method for SiC MOSFETs Based on Drain Voltage Swing
Zekun Li · Bing Ji · Kun Tan · Puzhen Yu 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年3月
尽管碳化硅（SiC）MOSFET性能优越，但其热容量小、开关速度快，对短路保护提出了更高要求。本文提出一种基于漏源电压（V<sub>DS</sub>）摆动的快速可靠短路保护方法，可在器件达到临界损伤前迅速检测并关断。该方法在150 ns和24 ns内分别实现Type-I与Type-II短路的超快检测；利用现有RC缓冲电路实现短路检测与主电路保护的集成，不改变其原有功能；结合低成本数字栅极驱动器中的新型采样保持（S/H）电路，提升工况适应性。实验平台验证了该方案的有效性与重复性。
解读: 该SiC MOSFET快速短路检测技术对阳光电源ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器具有重要应用价值。其150ns超快检测响应可显著提升功率模块可靠性，特别适用于PowerTitan大型储能系统中高频开关场景的器件保护。基于Vds摆动的检测方法与现有RC缓冲电路集成，无需额外硬件成本，可直接应用于...
嵌入多晶硅二极管的SiC MOSFET以提升短路能力与电学特性
SiC MOSFET with Embedded Polysilicon Diode for Improved Short-circuit Capability and Electrical Characteristics
Xintian Zhou · Xin Ding · Yun Tang · Yunpeng Jia 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年9月
本文提出了一种嵌入多晶硅二极管的新型碳化硅（SiC）金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（PSD - MOS）。该多晶硅二极管（PSD）通过对多晶硅栅进行有意掺杂形成，并与 SiC MOSFET 的栅源（GS）端反并联。当发生短路（SC）事件时，器件的晶格温度会显著上升。利用 PSD 的温度相关反向泄漏特性，可有效调节由驱动器、栅极电阻 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="ht...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项嵌入式多晶硅二极管SiC MOSFET技术具有重要的战略价值。在光伏逆变器和储能变流器等核心产品中，SiC MOSFET已成为提升系统效率和功率密度的关键器件，但短路保护能力不足一直是制约其大规模应用的痛点。 该技术的创新在于通过在栅极多晶硅中集成PSD二极管，利用其...
具有短路保护功能的串联中压SiC MOSFET双通道栅极驱动器
Advanced Dual-Channel Gate Driver With Short-Circuit Protection for Series-Connected Medium-Voltage SiC MOSFETs
Rui Wang · Drazen Dujic · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年6月
双通道栅极驱动器（D - GD）在工业中被广泛应用，以支持半桥功率模块的大规模使用。随着碳化硅（SiC）器件在中压（MV）场景中日益普及，与传统硅基器件相比，SiC 器件具有卓越的开关性能。本文提出了一种专门针对中压 SiC MOSFET 半桥功率模块的全面 D - GD 设计方案。在高压应用中，功率器件的额定电压有限，为克服这一限制，与传统互补切换两个器件的 D - GD 不同，所提出的 D - GD 设计为同步切换这两个器件，将半桥模块等效为一个额定电压翻倍的单器件。为此，不仅需要保证两个串...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，该论文提出的中压SiC MOSFET双通道栅极驱动技术具有重要的战略价值。当前我们在大功率光伏逆变器和储能变流器领域正面临从1500V向更高电压等级演进的趋势，该技术通过串联同步开关方式将半桥模块整合为倍压单元，为突破单管电压限制提供了创新路径，这与我们3.3kV以上中压产...