由于快速開關、傳導損耗和擊穿電壓增加，碳化硅 MOSFET在現代工業應用中的使用有所增加。憑借最快速的切換速度和更高的頻率授權，該框架減小了尺寸并提高了系統效率。大功率 SIC MOSFET 模塊是驅動電機系統中可接受的 Si IGBT 替代品。在逆變器和電機彼此遠離的情況下，由于反射波，較高的 dV/dt 會給電機繞組保護帶來額外負載，這對于大多數驅動電機應用來說非常常見。1由于切換速度更快，即使電纜很短，不同的應用也需要一個 dV/dt 濾波器。可以為 SiC MOSFET 精確設計輸出濾波器。2IGBT 的開關性能隨著電流的大小而變化。相比之下，電纜長度對開關裝置3 的影響很大；碳化硅 MOSFET 表現出對當前狀態的更高依賴以及隨著長度變化而擴大的變化。對于更高的開關頻率，應縮短連續導通和關斷相腿之間的控制死區時間 (T d )，以保持控制性能和模塊保護之間的最佳平衡。4電纜長度和輸出濾波器對 SiC MOSFET 開關性能的影響以及與 Si IGBT 性能的基準測試尚未得到充分探討。4在簡單工程中修改控制死區時間的能力非常關鍵；在控制新一代設計的不同設置情況下，SiC MOSFET 的性能變化。由于寄生和各種框架安排的多方面性質，長電纜和 dV/dt 濾波器的影響很難在重演中鞏固。本文將討論 1,200V 300A SiC MOSFET 的性能以及電纜長度、死區時間和輸出濾波器等不同變量對其開關頻率的影響。

實驗裝置

圖 1顯示了測試裝置的電路圖。雙脈沖測試（DPT）用于檢查電流水平下的開關性能。一個難以區分的入口驅動電路用于整個評估。使用 500-VDC 總線電源，并使用 9,200-μF 電解頂部組來保持傳輸電壓。重疊的傳輸條有助于最小化圓形寄生電感。

負載電流的大小會影響 IGBT 和 MOSFET 的速度。開關是通過柵極充電和釋放來實現的，它依賴于柵極驅動電路和環路電流。MOSFET 開關速度僅取決于在中負載或重負載情況下的柵極驅動電路。5另一方面，在小負載的情況下，來自電源回路的柵極充電或放電電流變為絕對決定開關速度。4

圖 1：電路圖

不同變量切換的影響

負載電流

負載電流的變化對兩個模塊的開關性能有不同的影響。在導通過程中，開關速度對電流的依賴性可以忽略不計，特別是對于 MOSFET，因為它在導通過程中只有 16% 的下降，在關斷過程中增加到 468%。在高負載電流下，MOSFET 和 IGBT 表現出幾乎相同的開關行為，而在低負載電流下，T off表現出巨大的變化，MOSFET 的變化幅度為 468%，IGBT 的變化幅度為 109%。4現已知道，T off比 T on更依賴負載電流。本文的其余部分僅關注各種輸出排列場景下的T off變化

2.電纜長度

由于充電和放電持續時間延長，長電纜增加了切換時間。當電纜長度在低電流下增加時，MOSFET T off增加。當我們降低電流時，電纜的減速效果會更高。相比之下，IGBT 在嘗試的電流范圍內顯示出相同的模式；然而，在高電流下，與 MOSFET 相比，T off更依賴于電纜長度的變化。延長的電纜長度會增加釋放路徑中的阻抗，并增加 T off在低電流下對電纜長度的依賴。比較現象應該在T上以及。另一種看法是，與 IGBT 相比，無論是短線還是長線應用，MOSFET 的高開關速度優勢在高電流下都非常明顯。

圖 2：開關電路設置

3.死區時間優化

在現代驅動電機應用中，在設計基于 SiC MOSFET 的逆變器時，短路檢測和保護是另一個重要的主題，尤其是在從現有的基于 Si IGBT 的計劃轉變時。與具有 8 至 10 μs 短路耐受時間的 IGBT 相比，SiC MOSFET 的耐受時間通常低于 2 μs。6在擊穿之前，碳化硅 MOSFET 通常可以承受更高的電流，但其長期可靠性會變差。

死區時間 T d是遠離橋接直通的有效策略。對于 IGBT，死區時間通常在 1 至 5 μs 范圍內，開關頻率為 1 kHz 至 10 kHz。在較低電流下，較慢的關斷 (0.4 μs) 時間不會導致短路風險。對于 SiC MOSFET，開關頻率在 10 到 50 kHz 范圍內，死區時間低于 1 μs，以實現卓越的控制性能。低電流下較慢的關斷會導致短路危險。

死區時間應根據負載曲線和輸出設置進行精確平衡。基于模型的死區時間優化5需要更多的硬件推測。此外，由于快速開關帶來的噪聲耦合，精確估計來自柵極驅動電路的低電壓信號很麻煩。

至于輸出電纜的影響，具體情況取決于組件，如電纜長度、沿這些線路的輸出濾波器電容，將它們連接在一起并不容易。根據檢查結果，現在甚至可以得出一些一般準則。電纜長度在影響使用輸出濾波器時假定無關緊要。在高電流活動中，長電纜不會影響開關頻率，但會影響低電流操作。電纜規格尺寸或長度可用作用于死區時間優化目的的控制輸入。4

結論

使用硬件系統進行測試是為了仔細檢查負載電流和電纜長度對 SiC MOSFET 的影響，而 Si IGBT 會關閉該過程，因為在娛樂模型中包含輸出排列的復雜性。與 Si IGBT 相比，SiC MOSFET 的關斷時間對隨機流和輸出設計的影響更大。在高電流下，電纜長度和濾波器等不同因素的安裝會產生微不足道的關斷變量。長電纜會降低低電流下的開關速度。為了補償關斷時間的變化，避免短路以獲得良好的控制性能，采用指數函數模型根據負載電流驅動T off，可用于優化T d，不需要額外的硬件安裝。

審核編輯：郭婷