基于SiC MOSFET功率模块的驱动电路寄生参数研究

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当前,随着电力系统的发展和智能电网的建立,电力电子设备的研发和应用逐渐成为了新一代电力技术的关键所在。而在电力电子技术中,功率开关器件占有极为重要的地位。作为功率变换器中的核心部分,功率开关器件的发展水平在很大程度上决定了电力电子设备的发展水平。目前,以硅(Si)型半导体为基础的MOSFET、IGBT等功率开关器件在行业里的应用最为广泛,但是由于Si材料自身的局限性,使其发展极为受限。Si型半导体的最高工作电压比较低且导通电阻较髙,使得基于Si材料的功率半导体器件的开关损耗较高。此外,Si器件的禁带宽度及导热率均较小,使得器件的最大功率和最大工作温度都受限。在此背景下,以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体器件开始崭露头角。其中SiC较GaN而言,电压等级和功率等级更高,因此在高电压和大功率的应用场合,SiC器件具有较大的优势。作为宽禁带器件,SiC的禁带宽度是Si的3倍,击穿场强是Si的10倍,热导率是Si的2.5倍,因此带来的击穿电压高、热导率高、开关频率高等良好的特性使得SiC MOSFET在近年来发展迅速,并广泛投入到商业化应用当中。目前,关于SiC MOSFET的研究主要集中在SiC MOSFET模型的建立及其优良性能的测试上,对SiC MOSFET驱动回路的模型和寄生参数影响极为有限。本文在总结现有驱动回路寄生参数相关研究的基础上,建立了SiC MOSFET驱动回路的模型,据此完成了驱动回路的仿真实验,分析了驱动回路各个寄生参数对驱动性能的影响。在此基础上,为1200V/120A的SiC MOSFET功率模块做出了相应的配套驱动方案设计,并通过实验验证其性能。
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