杂散电感对SiC MOSFET开关过程的影响分析及优化研究

【摘要】：碳化硅(SiC)材料与传统的硅(Si)材料相比,在禁带宽度、热导率、熔点和击穿场强等方面具有更明显的优势。同样,Sic功率半导体器件相比于传统的硅(Si)基功率器件在高压、高温、高频方面具有更大的优势,因此SiC功率器件得到了越来越广泛的应用,而在SiC功率半导体器件中SiC MOSFET的发展最为成熟,应用最为广泛。SiC MOSFET相比于同等级的SiMOSFET或SiIGBT,具有更低的导通电阻和开关损耗、更高的开关频率以及更好的高温稳定性。虽然,SiC MOSFET的性能要优于相同电压等级的传统Si基器件,但是由于其芯片杂散电容很小,所以开关速度非常快,在杂散电感的作用下会导致SiC MOSFET在开关过程中承受较大的电气应力,严重时可能会导致器件损坏或失效。所以为了充分发挥出SiC MOSFET的优异性能,需要分析杂散电感对SiC MOSFET开关特性的影响,并对杂散电感做出相应优化。本文依托国家科技部重点研发计划项目“高压大功率SiC材料、器件及其在电力电子变压器中的示范应用”,分析了杂散电感对SiC MOSFET开关过程中的影响,并给出其优化方案。本文首先设计并搭建了 SiC MOSFET开关瞬态特性测试系统,并提出了 SiC MOSFET封装电感和续流回路杂散电感的提取方法为后文杂散电感优化提供测量基础。然后通过仿真和实验分析了封装电感和续流回路杂散电感对SiC MOSFET开关瞬态特性的影响,并提出了封装电感和续流回路杂散电感的优化方案。