一种优化动态特性SiC-MOSFET模型及其在高压固态开关的应用

来源：电子测量技术杂志2021年第14期北京时间：

作者：李钰泷，马少翔，黄健翔，梅畅，尚文同

单位：1. 华中科技大学电气与电子工程学院，武汉 430074; 2. 华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室，武汉 430074

摘要：为设计一款保护J-TEXT托卡马克电子回旋管的高压固态开关，新型宽禁带半导体SiC-MOSFET凭借低开关损耗、高耐压和MHz级别的开关频率等优良电气特性，在其中承担核心作用。但是极快的开关速度加剧了开关振荡，导致器件直串时的关断波形质量下降，对均压和抑制过压方法提出更高要求，因此亟需建立精准的模型为SiC-MOSFET在高压保护开关中的应用提供指导。文章在分析制造商CREE 商用模型基础上，提出了一种优化动态特性SiC-MOSFET模型。该优化模型综合考虑栅源电压和漏源电压的影响，对非线性结电容采用多种函数拟合建模，并对杂散阻抗等关键寄生参数进行修正。通过仿真和300 V/3 A双脉冲测试，证明该模型在漏源电压变化率、漏源电流变化率、振荡频率和关断尖峰电压等方面具有更高的准确性。应用该优化模型设计高压固态开关的均压与过压抑制拓扑，在1400 V/700 A条件下对开关模块进行双脉冲测试。在关断时长和尖峰电压等关键指标上，仿真波形与实验波形高度吻合，实测开通关断时间均小于120 ns，指标满足开关模块设计要求，优化模型的实用性得到体现。

关键词：SiC-MOSFET模型; 动态特性; 非线性结电容; 高压固态开关; 双脉冲测试

基金资助：国家重点研发计划(2017YFE0300104)项目资助