SIC MOSFET驅(qū)動電路設(shè)計(jì)-短路保護(hù)

上期回顧：SIC MOSFET驅(qū)動電路設(shè)計(jì)概述。

為確保碳化硅（SiC）功率器件在過載、短路等工況下能安全可靠地工作，必須充分認(rèn)識SiC 器件的短路機(jī)理。由于SIC MOSFET晶圓面積小，電流密度大且短路能力較弱，因此對電路保護(hù)要求更高。

SIC MOSFET驅(qū)動電路與現(xiàn)有的SI功率器件驅(qū)動電路相兼容，但其驅(qū)動電路中的短路保護(hù)部分比較難搞。

一方面，在SI IGBT的數(shù)據(jù)手冊中，短路電流及其與柵射級電壓的關(guān)系曲線、短路承受時間是被列出來的，但主流SIC MOSFET的廠商在Datasheet中并沒有提供關(guān)于短路承受時間與短路電流的數(shù)據(jù)。

以ST的650V／110A的SIC MOSFET，型號為：SCTW90N65G2V，和650V／120A的IGBT，型號為：STGYA120M65DF2，為例，參考其Datasheet進(jìn)行對比。在特性中：IGBT的Datesheet明確標(biāo)注短路承受時間6us，如圖1所示，SIC MOSFET的Datesheet沒有標(biāo)注短路承受時間，如圖2，IGBT的Datesheet中有IGBT短路電流時間與短路電流和VGE關(guān)系，如圖3，而SIC MOSFET的Datesheet沒有。

圖1 IGBT特性

圖2 SIC MOSFET特性

圖3 IGBT短路電流時間與短路電流和VGE關(guān)系

另一方面，一些研究人員已發(fā)表的關(guān)于SIC MOSFET的短路承受時間的數(shù)據(jù)都比較小。SIC MOSFET的單次短路承受時間很短，并且在進(jìn)行重復(fù)性短路測試以后，SIC MOSFET會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，例如CREE的第一代TO247封裝的SIC MOSFET（CPMF－1200－S160B），在Vds＝400V，Vgs＝18V，Tcase＝115℃，Ton＝14us的條件下測試，1000次短路脈沖后，閾值電壓和柵極漏電流出現(xiàn)明顯變化，柵極漏電流增加了大約8個數(shù)量級，閾值電壓增加了約0．9V，短路電流也出現(xiàn)明顯下降。

短路故障的種類

在實(shí)際電路中，可能會出現(xiàn)兩種短路故障。

一種是，在正常工作時，負(fù)載突然短路，器件從正常工作狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換成高壓大電流狀態(tài)；另一種是在工作前，負(fù)載已經(jīng)處于短路狀態(tài)，這時時從零電流狀態(tài)迅速調(diào)至器件承受大電流狀態(tài)。

短路保護(hù)

在高壓大功率應(yīng)用中，SIC MOSFET會遇到短路或者過流的情形，驅(qū)動保護(hù)電路需要快速檢測到錯誤狀態(tài)，然后再器件和電路損壞之前安全關(guān)閉SIC MOSFET。再IGBT的短路保護(hù)電路中，常用的是去飽和檢測Vce，去飽和電路也可以用在SIC MOSFET驅(qū)動電路的保護(hù)電路中，相對于IGBT來說，SI MOSFET的脈沖電流和短路承受時間更小，需要降低消隱時間和參考電壓的閾值。如圖4，IGBT的去飽和電路，C13＿UB為消隱電容。

4 IGBT的去飽和電路