近年來SiC MOSFET憑借著耐壓等級高、耐溫高以及損耗低等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動、開關(guān)電源以及并網(wǎng)逆變器中。因此，國內(nèi)外有許多學(xué)者致力于研究SiC MOSFET的驅(qū)動以及短路保護(hù)。

在驅(qū)動方面，有學(xué)者研究了SiC MOSFET的高頻驅(qū)動，實現(xiàn)了開關(guān)頻率MHz以上的突破。由于開關(guān)頻率的提高，驅(qū)動損耗也成了驅(qū)動電路設(shè)計中的重點(diǎn)，為了減小驅(qū)動損耗，有學(xué)者提出了SiC MOSFET諧振門極驅(qū)動電路，利用LC諧振來回收儲存在門極的功率。有學(xué)者著重研究SiC MOSFET高溫驅(qū)動電路，實現(xiàn)了高溫下SiC MOSFET的穩(wěn)定驅(qū)動。

相對于SiC MOSFET的驅(qū)動技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者在短路保護(hù)方面的研究相對較少。為了保證SiC MOSFET穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，設(shè)計出性能優(yōu)良的短路保護(hù)電路十分重要。與傳統(tǒng)的硅IGBT和硅MOSFET相比，SiC MOSFET短路保護(hù)要求更為嚴(yán)格。硅IGBT的短路承受時間大約為10μs，而SiC MOSFET的短路承受時間為2～7μs，并且隨著母線電壓和溫度的升高，SiC MOSFET短路承受時間也會下降。

有學(xué)者研究了不同線路寄生電感對SiC MOSFET短路電流的影響，結(jié)果表明隨著雜散電感的增大，電路的短路電流會下降。有學(xué)者研究了不同溫度和不同電壓等級下SiC MOSFET短路能力，實驗發(fā)現(xiàn)在高壓與高溫下SiC MOSFET短路承受能力降低。同時，有學(xué)者也研究了Rohm和Cree兩家公司的SiC MOSFET短路特性，并且進(jìn)行了對比分析。

針對SiC MOSFET短路保護(hù)，有學(xué)者給出了短路檢測與保護(hù)方案，實現(xiàn)了短路故障下的快速保護(hù)。雖然許多文獻(xiàn)都給出了相應(yīng)的保護(hù)方案，但是這些保護(hù)方案之間都存在著一定的聯(lián)系與區(qū)別，因此有必要對SiC MOSFET短路保護(hù)進(jìn)行總結(jié)。

本文從SiC MOSFET的短路類型出發(fā)，首先分析SiC MOSFET兩種短路類型（硬開關(guān)故障和負(fù)載短路故障），并且介紹這兩種短路類型下電壓與電流特征。然后，對近年來SiC MOSFET短路保護(hù)研究文獻(xiàn)進(jìn)行分析討論，根據(jù)檢測方式的不同，將短路檢測分為四類：去飽和檢測法、電感檢測法、門極電壓檢測法和基于羅氏線圈的短路檢測法。

同時本文也對短路故障下開關(guān)管的關(guān)斷方式進(jìn)行介紹，詳細(xì)分析軟關(guān)斷的基本原理及必要性。最后本文在前人的基礎(chǔ)上提出一種降柵壓短路保護(hù)電路，并且通過Pspice仿真軟件以及實驗驗證了方案的可行性。

圖1 短路測試電路原理

圖14 短路狀態(tài)下的軟關(guān)斷電路原理

圖18 短路測試硬件平臺

結(jié)論

SiC MOSFET短路保護(hù)是SiC MOSFET驅(qū)動電路中重要的環(huán)節(jié)，決定了器件能否穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。本文概述了SiC MOSFET的兩種短路類型，并且給出了兩種短路類型下VGS、VDS和ID的主要波形。

基于近年來一些文獻(xiàn)對于SiC MOSFET短路保護(hù)的研究，并根據(jù)短路檢測過程以及電路結(jié)構(gòu)差異將SiC MOSFET短路檢測歸結(jié)為四類：去飽和檢測法、電感檢測法、門極電壓檢測法及基于羅氏線圈的短路檢測法。

本文總結(jié)了SiC MOSFET短路情況下的關(guān)斷方式，介紹了軟關(guān)斷的基本原理，并且提出了一種降柵壓SiC MOSFET短路保護(hù)方案，通過仿真和實驗驗證了方案的可行性。