碳化硅MOSFET驱动过程分析及设计文献综述
2020-04-30 16:11:06
1.1目的及意义
在电力电子行业的发展过程中,半导体技术起到了决定性作用。其中,功率半导体器件一直被认为是电力电子设备的关键组成部分。随着电力电子技术在工业、医疗、交通、消费等行业的广泛应用,功率半导体器件直接影响着这些电力电子设备的成本和效率。为了满足更高工作频率及更高功率等级的要求,IR(InternationalRectifier)公司研发出首款功率MOSFET,接下来的二十年,功率半导体器件进入一个蓬勃发展的时期,很多新型的功率器件相继问世,功率硅器件的应用已经相当成熟,目前常用的MOSFET均是以硅型半导体为基础的,但是由于硅材料存在难以克服的缺点,使其发展受到了极大的限制。一方面,硅半导体的最高工作电压比较低而且导通电阻较高,使得硅功率半导体器件的开关损耗无法达到理想状态。另外,硅的禁带宽度及导热率均比较小,从而限制了器件的最高工作温度及最大功率。但随着日益增长的行业需求,硅器件由于其本身物理特性的限制,已经开始不适用于一些高压、高温、高效率及高功率密度的应用场合。
20 世纪90 年代以来,碳化硅(SiC)材料因其优越的物理特性,开始受到人们的关注和研究。碳化硅(SiC)MOSFET 技术的迅速发展,引起人们对这种新一代功率器件的广泛关注。与Si 材料相比,碳化硅材料较高的热导率决定了其高电流密度的特性,较高的禁带宽度又决定了SiC 器件的高击穿场强和高工作温度。尤其在SiCMOSFET 的开发与应用方面,与相同功率等级的SiMOSFET 相比,SiCMOSFET 导通电阻、开关损耗大幅降低,适用于更高的工作频率,另由于其高温工作特性,大大提高了高温稳定性。但在电力电子系统中,SiC MOSFET 的开关特性易受系统杂散参数的影响,表现为电磁能量脉冲形态属性的非理想特性,并进一步影响系统效率和可靠性。因此,研究分析SiCMOSFET开关瞬态过程,分析驱动回路参数对其的影响,对于研究SiC MOSFET的驱动控制方法有着重要的意义。
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