SiC MOSFET短路特性、短路保護分析-KIA MOS管

SiC MOSFET的短路保護

1.短路故障是導致SiC MOSFET失效的重要原因之一，盡管SiC MOSFET具有較好的導熱性能，但與Si器件和SiC MOSFET的短路性能相比，SiC MOSFET的短路保護在以下幾個方面更具挑戰性。

（1）首先，在相同額定電流容量下，SiC MOSFET芯片面積小，電流密度高，這就導致SiC MOSFET短路承受能力較弱；

（2）其次，在短路工況下，SiC MOSFET較弱的界面質量會帶來柵極氧化層可靠性問題，由于SiC MOSFET需要更高的正向柵極偏壓，柵電場的增高會進一步加劇短路時柵極氧化層退化問題；

（3）為了確保SiC MOSFET可靠運行在安全工作區內，其較弱的短路承受能力就要求短路保護電路具有更快地響應速度。然而，與Si器件相比，SiC MOSFET 的結電容更小、開關速度更高。

SiC MOSFET獨特的正溫度系數跨導導致其開通時的dI/dt和dV/dt 隨著結溫的升高均增大。在較高的dI/dt和dV/dt 條件下，SiC MOSFET 短路保護電路的快速響應與抗噪聲能力難以兼顧。

2.短路故障類型

SiC MOSFET 短路保護電路

由于短路回路電感較小，一類短路故障電流上升快，對器件危害大，保護難度較高。

3.短路測試方法

兩種常見的短路測試方法

SiC MOSFET 短路保護電路

（1）基于雙脈沖測試的短路測試方法。

該方法使用“粗短銅排”代替雙脈沖測試電路中的負載電感來模擬短路。

SiC MOSFET 短路保護電路

當脈沖發生器向驅動器 1 發送高電平信號時，打開上橋臂 SiC MOSFET，再向驅動器 2 發送高電平信號，就可以實現 HSF；

當脈沖發生器向驅動器 2 發送一個信號使待測 SiC MOSFET 正常開啟時，再向短路控制開關 S 1 發送閉合信號使故障電感 LFault 接入功率回路，就可以實現FUL。

（2）基于非線性元件的無損短路測試方法。

SiC MOSFET 短路保護電路

不同的 SiC MOSFET 短路測試方法如圖所示。該方法是在被測 SiC MOSFET的短路回路中串入非線性元件，如圖所示。非線性元件在額定電流時內阻較低，與SiC MOSFET 相比飽和電流更小。

當脈沖發生器通過驅動器1開啟該非線性元件時，再通過驅動器2開啟待測器件就可以模擬HSF。當短路電流達到該元件的飽和電流時，短路電流就會被限制。當短路電流持續增大時，該元件就會“熔斷”。

4.短路失效模式

目前，SiC MOSFET的短路失效模型主要有柵源級失效和熱逃逸失效；

SiC MOSFET 短路保護電路

通過兩種失效模式的現象和成因不難看出，短路能量較低時可能會導致SiC MOSFET柵源極失效，而短路能量較高時可能會使 SiC MOSFET發生熱逃逸失效。SiC MOSFET 柵-源極失效時不一定會發生熱逃逸失效，但是熱逃逸失效發生時必定伴隨有柵-源極失效。

5.短路保護技術

SiC MOSFET 短路保護電路

6.短路關斷策略

（1）大電阻關斷。大電阻關斷是在檢測到短路后，利用大阻值柵電阻來減緩關斷電流下降速率從而實現關斷過電壓的抑制。

然而，大電阻關斷在抑制關斷過電壓的同時也致使關斷延遲時間增大，導致 SiC MOSFET 不能及時關斷，為此，在關斷過程中采用不同柵極電阻關斷 SiC MOSFET 短路電流，從而兼顧了SiC MOSFET 短路關斷過電壓與關斷延遲時間，但大電阻關斷可能導致 SiC MOSFET因關斷損耗過大而發生失效。

（2）降柵壓關斷。降柵壓關斷是在檢測到短路后，先緩慢降低柵極電壓，使 SiC MOSFET 維持導通狀態。在較低柵極電壓下，SiC MOSFET漏極電流會被限制在較低水平，經過一定延遲后，再采用負壓關斷短路電流。該方法通過緩降柵壓抑制短路電流，從而降低短路關斷過電壓，但是該方法需要多種柵極電壓，電路結構實現復雜。

聯系方式：鄒先生

聯系電話：0755-83888366-8022

手機：18123972950

QQ：2880195519

聯系地址：深圳市福田區車公廟天安數碼城天吉大廈CD座5C1

請搜微信公眾號:“KIA半導體”或掃一掃下圖“關注”官方微信公眾號

請“關注”官方微信公眾號:提供 MOS管技術幫助

免責聲明：本網站部分文章或圖片來源其它出處，如有侵權，請聯系刪除。