ElectricDrive《電氣傳動》網絡首發論文SiCMOSFET及SiIGBT串聯短路動態特性研究DOI：10.19457/j.1001-2095.dqcd23827收稿日期：2021-07-12絡首發日期：2022-07-01引用格式：究[J/OL]．電氣傳動./10.19457/j.1001-2095.dqcd23827用到出版要經歷錄用定稿、排版定稿、整期匯編定稿等階容已經確定，且通過同行評議、主編終審同意刊用的稿件。排版定稿指錄用定稿按照期刊特定版式(包括網絡呈現版式)排版后的稿件，可暫不確定出版年、卷、期和頁碼。整期匯編定稿指出期刊出版管理規定》的有關規定；學術研究成果具有創新性、科學性和先進性，符合編本符合國家有關書刊編輯、定計量單位及地圖標注等。出版確認：紙質期刊編輯部通過與《中國學術期刊(光盤版)》電子雜志社有限公司簽約，在《中國版廣電總局批準的網絡連續型出版物(ISSN2096-4188，CN11-6037/Z)，所以簽約期刊的網絡版上網絡首基金項目：江蘇省研究生科研與實踐創新計劃項目(KYCX212229)網絡首發時間：2022-07-0115:51:32網絡首發地址：/kcms/detail/12.1067.TP.20220630.2244.001.html(中國礦業大學電氣與動力工程學院，江蘇徐州221000)動態分壓特性。同時，結合開關過程中電壓、電流的變化分析串聯短路分壓原理，并在輸出特性曲線上分壓路徑。實驗結果表明，驅動電壓、負載電流、母線電壓等外部驅動參數對兩種器件串聯短路分壓特性，其中反向負載電流改變了串聯短路的分壓趨勢且對串聯短路特性影響最大。充分認識器件的串聯短路機you(SchoolofElectricalandPowerEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，half-bridgestructure,thedifferentseriesshort-circuitdynamicsharingvoltagecharacteristicsofSiCMOSFETandSiIGBTwereanalyzed.Atthesametime,theprincipleofseriesshort-circuitvoltagesharingwasanalyzedcombinedwiththechangesofvoltageandcurrentduringswitching,andthevoltagesharingpathofthedevicewasmarkedontheoutputcharacteristiccurves.Experimentalresultsshowthattheexternalcircuitparameterssuchasdrivingvoltage,loadcurrentandbusvoltagehavedifferenteffectsonthevoltagesharingcharacteristicsofthetwodevicesonseriesshort-circuit.Thereverseloadcurrentchangestheseriesshortcircuitvoltagesharingtrendandmostobviouslyeffectsthecharacteristicsonseriesshort-circuit.Fullyunderstandingtheseriesshort-circuitmechanismiscriticaltoimprovetheshort-circuitprotectionstrategies.bipolartransistor(SiIGBT)；seriesshort-circuit以電力電子變換器為代表的高壓大功率場合得全不可忽視的問題,學者們主要從內部失效機理[1-2]、保護電路[5-7]等多個維度解其短路特性的同時分析內部熱和載流子的變一得到的結論不足以支撐復雜電力電子裝置的保并對兩種器件在短路分壓過程中表現出的不同現象進行討論，在負載電流為0A時，SiCI飽和區截止區000I/2V TT0t正向阻斷區I飽和區截止區000I/2V TT0t正向阻斷區間的要求不同，SiIGBT為8μs，SiCMOSFETVtttttI飽和區有源區IaSiCMOSFET曲線(b)SiIGBT輸出曲線FigOutputcharacteristiccurve聯短路原理和分析.1串聯短路動態分壓原理個器件發生串聯短路時存在分壓現象。圖2為TT上的電壓發生變化，經過一段時間后T1，T2aSiCMOSFET意圖(b)SiIGBT示意圖mdiagramofSiCMOSFETandSiIGBTonseriesircuit動態分壓過程分析作階段[t0—t1]、短路電流上升階段[t1—t2]、短路分壓階段[t2—t3]、關斷階段[t3—t4]。在忽略溫度0tttttIt器件從截止區進入飽和區。查閱器件手冊SiLViiRon.1Rgin.Ron.1Rgin.1MMTVRoff.1Ron.2Rgin.2Ron.2Rgin.2TVMRoff推挽驅動電路LFigPrincipleofSiCMOSFETandSiIGBTonseriesshort-circuit0tttIBTVDCLsRonxRoffxRginxx和2分別代表T1，T22)電流上升階段[t1—t2]為(1)sh.(1)sh.1dtVT2=Lsdt2(7)t(t3)'t2(t32(7)t(t3)'t2(t3)t1t4t1'(6)(2)(2)VGS.2=Vth.2+(VG.2_Vth.2)[1_e_(t2_t1)T1](3)為IshxAVGxVthx(4)VGE.2=Vth.2+(VG.2_Vth.2)[1_e_(t2_t1)T2](5)(I|VT1=2b1(I〈聯短路具有均壓現象，從圖1可以看出，SiCBT曲線低電壓側有明顯的飽和區和線性區，受MOSFET溝道效應以及PNP晶體管調制效應的Lchni載流子遷移速3)短路分壓階段[t2—t3]按照短路類型分類，發生串聯短路時T1屬T1T2T1T2ID Isht2( Isht2(t3)t2'(t3)'0t1t4't4t1'00VLDC1/20VLDC1/2VDC短路電流的增大，T1漏源極電壓大幅下降，T24)關斷階段[t3—t4]短路電流的急劇下降使雜散電感Ls產生感2dtVpkLsdIsh2dtSCTKLHRV，24A)和SiIGBTRGS50TSX2DHR(1200V，25A)進行實驗。依據器件特性和短路保護選擇的短路時間應滿aSiCMOSFET徑(b)SiIGBT分壓路徑Fig.4ThevoltagesharingpathofT1andT2(IL+入Ab2VDC_A(b1_b2)|VT1=入A(b1+b2)〈驅動電壓不變時，式(6)可簡化為載電流對分壓特性的影響VDS/V(100V/格)Ish/A(50A/格)VCE/V(100V/格)Ish/A(50A/格)VDS/V(100V/格)Ish/A(50A/格)T2漏源極電壓在短路電流上升過程中已經達到T2漏源極電壓在短路電流上升過程中已經達到 400V 600V400V600V VT2VT2VT1VT1t/μs(0.5μs/格)t/μs(1μs/格)aSiCMOSFET形(b)SiIGBT短路波形CT路電流不變，負載電流增大時，由式(9)可知流過T2的短路電流減小。由圖1T短路穩態電FigSeriesshort-circuitwaveformsFigSeriesshort-circuitwaveformsunderdifferentbusvoltages動電壓對分壓特性的影響V電 10A20A 10A 20AVT1 10A20A 10A 20AVT1VT1aSiCMOSFET路波形(b)SiIGBT短路波形rmsofdifferentpositiveloadcurrentsonseriesircuit 18V 20V14V15V 18V 20V14V15V VT2 VT2 VT1VT1t/μs(0.5μs/格)t/μs(1μs/格)aSiCMOSFET形(b)SiIGBT短路波形FigSeriesshort-circuitwaveformsunderdifferentdrivingvoltages串聯短路損耗分析 ATTtss/格)tsTTtss/格)tss)ormsofdifferentnegativeloadcurrentsonseriesircuit線電壓對分壓特性的影響MOSFET，母線電壓的增大使分壓的過程變長，rametersETrametersIL/AET1/mJET2/mJ-100.174.2131.768.548.908.022000IEEEJournalofEmergingandSelectedTopicsinPowerElectronics2020,8(1):90-98.2]康建龍,辛振,陳建良,等.SiCMOSFET短路失效與退化機理研究KangJianlong,XinZhen,ChenJianliang,etal.Reviewandprospectofshort-circuitfailureanddegradationmechanismofSiCoceedingsoftheCSEEMOSFETShaoWeihua,RanLi,ZengZheng,etal.Short-circuitevaluationandtemperature-dependentmodelofSiCMOSFET[J].ProceedingsoftheCSEE018,38(7):2121-2131,2227.[4]秦海鴻,徐克峰,王丹,等.SiCMOSFET短路特性[J].南京航空航天表2SiIGBT不同參數下的短路損耗8,50(3):348-354.arameterscuitlossofSiIGBTunderarametersIL/AET1/mJET2/mJIL/AET1/mJET2/mJ-100.36.028.028.360.25900.768characteristicsofSiCMOSFETs[J].JournalofNanjingUniversityofAeronauticsAstronautics(3):348-354.]王占擴,童朝南,黃偉超.SiCMOSFET短路特性及過流保護研究WangZhankuoTongChaonan,HuangWeichao.Reasearchonshort-circuitcharacteristicsandovercurrentprotectionofSiCMOSFETJ].ProceedingsoftheCSEE,2020,40(18):5751-5760.6]吳海富,張建忠,趙進,等.SiCMOSFET短路檢測與保護研究綜述4結論結合理論和實驗詳細分析了串聯短路動態分壓4結論結合理論和實驗詳細分析了