?前言

硅材料的發(fā)展已接近物理極限，隨著學(xué)者和工程師們的不斷研究，相繼推出了第二代、第三代半導(dǎo)體材料。目前第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料開(kāi)發(fā)的功率器件已規(guī)模商用，最具代表的為SiC和GaN，SiC在高壓大容量應(yīng)用中得到廣泛的應(yīng)用，其中在車(chē)載電源、充電樁、通信電源等場(chǎng)合應(yīng)用較為成熟；GaN具有高的開(kāi)關(guān)頻率、寄生參數(shù)小，目前在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品電源中應(yīng)用較廣，如手機(jī)快充、電動(dòng)車(chē)電源等，高頻可以減小無(wú)源器件、提高功率密度，適用于便攜式移動(dòng)設(shè)備電源方案。據(jù)了解目前已有部分廠家GaN器件的耐壓達(dá)到1200V。

本貼內(nèi)容來(lái)源文獻(xiàn)《碳化硅MOSFET并聯(lián)電流分配不均衡影響因素與抑制方法綜述》

目錄

1 概述

2 電流不均的影響因素

3 電流不均的抑制方法

4 參考文獻(xiàn)

1 概述

硅基器件受材料限制，難以滿足日益增長(zhǎng)的高電壓、高頻率和高溫度的應(yīng)用需求。寬禁帶器件的出現(xiàn)可以改善當(dāng)前面臨的問(wèn)題。目前商用的主流寬禁帶器件為SiC和DaN，SiC商用電壓達(dá)到1700V，實(shí)驗(yàn)室條件下最大電壓可達(dá)15kV，而GaN商用的電壓達(dá)到650V/900V，1200V的GaN也在樣品測(cè)試階段，相信很快也可以商用。

受限于制造工藝，SiC芯片有源區(qū)域較小，額定電流一般小于150A，在大功率應(yīng)用場(chǎng)合，需要將多顆分立器件并聯(lián)或者SiC芯片并聯(lián)封裝，以實(shí)現(xiàn)在大功率場(chǎng)合下的應(yīng)用。每顆芯片的參數(shù)分布差異較大，使得芯片并聯(lián)存在不均流問(wèn)題，在高頻應(yīng)用中振蕩嚴(yán)重，功率回路參數(shù)失配和驅(qū)動(dòng)參數(shù)差異，使得電流不均問(wèn)題更嚴(yán)重，芯片失效風(fēng)向更高。

2 電流不均的影響因素

SiC芯片并聯(lián)電流不均問(wèn)題受限于芯片參數(shù)、功率回路參數(shù)及驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)等方面的綜合影響問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題較為復(fù)雜。只有清楚各個(gè)參數(shù)的影響機(jī)理才能很好的優(yōu)化并聯(lián)電流不均問(wèn)題。電流不均的影響因素總結(jié)見(jiàn)表1。

其一：芯片參數(shù)對(duì)其影響。該影響與芯片生產(chǎn)工藝密切相關(guān)，工藝造成跨導(dǎo)、閾值電壓、導(dǎo)通電阻等參數(shù)差異，其中，閾值的分散性最大。

其二：分立器件封裝、PCB走線、電容、母排等功率器件的分布參數(shù)導(dǎo)致并聯(lián)支路參數(shù)不匹配，導(dǎo)致暫穩(wěn)態(tài)電流不均。

其三：驅(qū)動(dòng)回路參數(shù)對(duì)其影響。柵極驅(qū)動(dòng)電壓幅值、驅(qū)動(dòng)信號(hào)延遲、驅(qū)動(dòng)電阻、柵極寄生電感等影響開(kāi)關(guān)時(shí)間和電流變化率。

注：“+”代表各類(lèi)影響因素在相同差異度下對(duì)電流分配的影響程度，“ +”越多影響程度越大，“○” 表示對(duì)電流分配無(wú)影響或影響可忽略。

3 電流不均的抑制方法

目前常用的方法為芯片篩選、封裝優(yōu)化和主動(dòng)?xùn)艠O優(yōu)化3大類(lèi)，此外，還包括附加元件。

芯片篩選：單一變量篩選，速度快、成本低，但效果不好。現(xiàn)常用人工智能算法進(jìn)行芯片篩選可以同時(shí)考慮多項(xiàng)參數(shù)。可篩選既滿足暫態(tài)又滿足穩(wěn)態(tài)電流均衡的芯片，而且具篩選速度快。同時(shí)，在不同溫度下該方法均表現(xiàn)出較好電流均衡效果。

封裝優(yōu)化：可分為基于幾何對(duì)稱(chēng)圖形的對(duì)稱(chēng)布局封裝和對(duì)傳統(tǒng)布局進(jìn)行改進(jìn)的非對(duì)稱(chēng)布局封裝。 雙電源端子布局如圖2所示。

主動(dòng)?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)：一般由電流測(cè)量、補(bǔ)償值計(jì)算、驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)節(jié) 3 個(gè)環(huán)節(jié)組成，是一種閉環(huán)調(diào)節(jié)方式，保證每個(gè)運(yùn)行周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)都保持一致，有效抑制驅(qū)動(dòng)信號(hào)失配造成的暫態(tài)電流分配不均衡。 該種驅(qū)動(dòng)變得復(fù)雜，降低了穩(wěn)定性，不易集成。

輔助元件：在支路上補(bǔ)償電阻或電感可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)支路阻抗一致，抑制電流分配不均衡；應(yīng)用差模扼流圈可以同時(shí)抑制暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)電流不均衡，并且這種方法可以拓展到多個(gè) MOSFET并聯(lián)； 應(yīng)用共模扼流圈等效模型后，互感 與驅(qū)動(dòng)回路解耦，只有數(shù)值極小的漏感仍位于驅(qū)動(dòng)回路，因此該方法不會(huì)影響開(kāi)關(guān)速度

該文對(duì)SiC并聯(lián)不均流的影響因素和抑制方法做了詳細(xì)的總結(jié)，便于讀者更加清楚地了解其原理及相應(yīng)對(duì)策，可以很好的指導(dǎo)工程實(shí)踐。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 碳化硅MOSFET并聯(lián)電流分配不均衡影響因素與抑制方法綜述-趙志斌

往期筆記

文獻(xiàn)筆記1---“一種適用于半橋LLC的調(diào)幅調(diào)頻混合控制方法”

文獻(xiàn)筆記2---一種應(yīng)用于SR-DAB的DPS-VF控制方法

文獻(xiàn)筆記3---一種隔離型單級(jí)無(wú)橋PFC變換器

文獻(xiàn)筆記4---一種寬輸出單級(jí)隔離型無(wú)橋PFC拓?fù)?/a>

文獻(xiàn)筆記5---基于無(wú)傳感器的Mhz高壓LLC變換器SR技術(shù)

文獻(xiàn)筆記6---開(kāi)關(guān)電源環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)筆記7---全橋CLL諧振變換器諧振參數(shù)優(yōu)化方法

文獻(xiàn)筆記8---LLC變換器的平面磁設(shè)計(jì)與整體參數(shù)優(yōu)化

文獻(xiàn)筆記9---LLC-DCX變換器并機(jī)諧振網(wǎng)絡(luò)及均流優(yōu)化

文獻(xiàn)筆記10---一種高效率BBLLC-LLC混合變換器

文獻(xiàn)筆記11---半橋三電平LLC變換器諧振參數(shù)優(yōu)化

文獻(xiàn)筆記12---一種單級(jí)隔離型軟開(kāi)關(guān)PFC變換器

文獻(xiàn)筆記13---一種具有短路限制的GaN及驅(qū)動(dòng)、保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

文獻(xiàn)筆記14---一種分段氣隙的CLLC變換器平面變壓器設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)筆記15---SPS&DPS混合調(diào)制的DAB變換器優(yōu)化

文獻(xiàn)筆記16---一種非對(duì)稱(chēng)EPS調(diào)制的單級(jí)雙向AC-DC變換器

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