SiC MOSFET短路特性、短路保护分析-KIA MOS管

SiC MOSFET的短路保护

1.短路故障是导致SiC MOSFET失效的重要原因之一，尽管SiC MOSFET具有较好的导热性能，但与Si器件和SiC MOSFET的短路性能相比，SiC MOSFET的短路保护在以下几个方面更具挑战性。

（1）首先，在相同额定电流容量下，SiC MOSFET芯片面积小，电流密度高，这就导致SiC MOSFET短路承受能力较弱；

（2）其次，在短路工况下，SiC MOSFET较弱的界面质量会带来栅极氧化层可靠性问题，由于SiC MOSFET需要更高的正向栅极偏压，栅电场的增高会进一步加剧短路时栅极氧化层退化问题；

（3）为了确保SiC MOSFET可靠运行在安全工作区内，其较弱的短路承受能力就要求短路保护电路具有更快地响应速度。然而，与Si器件相比，SiC MOSFET 的结电容更小、开关速度更高。

SiC MOSFET独特的正温度系数跨导导致其开通时的dI/dt和dV/dt 随着结温的升高均增大。在较高的dI/dt和dV/dt 条件下，SiC MOSFET 短路保护电路的快速响应与抗噪声能力难以兼顾。

2.短路故障类型

由于短路回路电感较小，一类短路故障电流上升快，对器件危害大，保护难度较高。

3.短路测试方法

两种常见的短路测试方法

（1）基于双脉冲测试的短路测试方法。

该方法使用“粗短铜排”代替双脉冲测试电路中的负载电感来模拟短路。

当脉冲发生器向驱动 器 1 发送高电平信号时，打开上桥臂 SiC MOSFET，再向驱动器 2 发送高电平信号，就可以实现 HSF；

当脉冲发生器向驱动器 2 发送一个信号使待测 SiC MOSFET 正常开启时，再向短路控制开关 S 1 发送闭 合信号使故障电感 LFault 接入功率回路，就可以实现FUL。

（2）基于非线性元件的无损短路测试方法。

不同的 SiC MOSFET 短路测试方法如图所示。该方法是在被测 SiC MOSFET的短路回路中串入非线性元件，如图所示。非线性元件在额定电流时内阻较低，与SiC MOSFET 相比饱和电流更小。

当脉冲发生器通过驱动器1开启该非线性元件时，再通过驱动器2开启待测器件就可以模拟HSF。当短路电流达到该元件的饱和电流时，短路电流就会被 限制。当短路电流持续增大时，该元件就会“熔断”。

4.短路失效模式

目前，SiC MOSFET的短路失效模型主要有栅源级失效和热逃逸失效；

通过两种失效模式的现象和成因不难看出，短路能量较低时可能会导致SiC MOSFET栅源极失效，而短路能量较高时可能会使 SiC MOSFET发生热逃逸失效。SiC MOSFET 栅-源极失效时不一定会发生热逃逸失效，但是热逃逸失效发生时必定伴随有栅-源极失效。

5.短路保护技术

6.短路关断策略

（1）大电阻关断。大电阻关断是在检测到短路后，利用大阻值栅电阻来减缓关断电流下降速率从 而实现关断过电压的抑制。

然而，大电阻关断在抑制关断过电压的同时也致使关断延迟时间增大，导致 SiC MOSFET 不能及时关断，为此，在关断过程中采用不同栅极电阻关断 SiC MOSFET 短路电流，从而兼顾了SiC MOSFET 短路关断过电压与关断延迟时间，但大电阻关断可能导致 SiC MOSFET因关断损耗过大而发生失效。

（2）降栅压关断。降栅压关断是在检测到短路后，先缓慢降低栅极电压，使 SiC MOSFET 维持导通状态。在较低栅极电压下，SiC MOSFET漏极电流会被限制在较低水平，经过一定延迟后，再采用负压关断短路电流。该方法通过缓降栅压抑制短路电流，从而降低短路关断过电压，但是该方法需要多种栅极电压，电路结构实现复杂。

联系方式：邹先生

联系电话：0755-83888366-8022

手机：18123972950

QQ：2880195519

联系地址：深圳市福田区车公庙天安数码城天吉大厦CD座5C1

请搜微信公众号:“KIA半导体”或扫一扫下图“关注”官方微信公众号

请“关注”官方微信公众号:提供  MOS管  技术帮助

免责声明：本网站部分文章或图片来源其它出处，如有侵权，请联系删除。