1.2kV SiC MOSFET中的主动短路和重复短路

报告主题：1.2kV SiC MOSFET 中的主动短路和重复短路

报告作者：Amy Romero, Adam Barkley, Robert Zenoz,Frank DiLustro , Jeff Casady

报告详细内容

# 介绍

• SiC MOSFET技术是汽车驱动传动系统应用的理想选择，可以利用SiC的更高效率来延长电池电动车（BEV）的续航能力（和/或）降低成本

• 在某些操作条件下，汽车应用可能会导致高应力环境

- 坡度保持、故障条件、峰值加速度

- 为峰值工作条件添加额外的SiC芯片会增加成本

* 了解SiC MOSFET在非正常高应力条件下的鲁棒性极限是很重要的。

# 概要

考虑1.2 kV、17 mΩ MOSFET的鲁棒性，将进行两种不同的高应力测试

1. 重复性短路

2. MOSFET浪涌测试

# 被测设备

QPM3 -1200 -0017C 汽车芯片

– 1200 V、17 mΩ SiC MOSFET

• 用于评估的预发布 SiC MOSFET

– 栅极驱动电压：-4 V/ +15V

– 采用 TO TO-247 -4L 封装 (kelvin) 进行这些测试

# 1200 V、17 mΩ SiC MOSFET重复短路

# 短路测试设置

# 短路波形

测试注意事项

• VDS 保持在指定电压的 15% 以内（这是通过具有非常低的杂散电感来控制的）

• 通过设备的电流水平达到额定电流的 10 倍以上

# 测试程序

• 为了获得 TSCWT，设备被给予一个短脉冲，如果设备在这个脉冲中幸存下来，脉冲宽度将增加 200 ns。

• 脉冲宽度不断增加，直到器件性能下降

• 在每个脉冲之间进行静态测量

• TSCWT = 最后一个良好脉冲（器件存活的最后一个脉冲宽度）

# 预期能量水平

# 重复性SC测试概述

用1.4微秒的脉冲对两个设备进行重复脉冲，每100个脉冲后进行一次后期测试

# 参数测试结果

- 前期测试是在开始SC测试前测量的（脉冲0）。

- 后期测试在每100个脉冲后进行测量。

- 在175°C时，设备通过了600个脉冲，但在700个脉冲后未能通过后测试。

# 结点温度估计

- 在LTSpice中使用TO -247 -4L封装的热阻抗测量值为这个1200V、17mΩ的器件创建了一个Cauer热模型。

- 测量的瞬时功率波形（×）在短路事件中被捕获，然后输入热模拟以估计SC事件中的芯片结温。

# 重复 SC 总结

- 两个器件以1.4微秒的脉冲宽度重复受力（一个在25℃，另一个在175℃）。

- 在室温下，该器件持续了1000个脉冲（仍然没有失效的迹象）

- 在高温下，器件在>600个脉冲后开始出现退化的迹象。

- 在大多数应用中，预计该器件不会经历10次以上的短路事件

# 1200 V、17 mΩ SiC MOSFET主动式短路

# 主动短路概述

主动短路是故障模式操作点

• 当检测到系统故障时，所有顶部开关或所有底部开关都短路

• 这是电机的安全运行模式，可防止电池损坏

• 引起关注的主要原因是这会导致功率半导体器件中的电流浪涌

在不同的栅极电压条件下，可以使用MOSFET浪涌测试来评估这种操作模式下的器件性能

# MOSFET 浪涌测试概述

目的

测试SiC MOSFET在沟道运行和体二极管运行时的浪涌能力。

设置

用一个隔离电源将DUT保持在一个恒定的VGS上。使用一个电子负载来创造一个通过该器件的受控电流半正弦波。

计划

在不同的电流压力水平下，对器件进行多次脉冲，直到器件失效。

# MOSFET 浪涌测试计划

1. VGS保持在恒定电压（（-4 V、0 V或15 V V））。

2. 给予DUT具有一定峰值电流水平的应力脉冲（半正弦波），脉冲宽度为10ms。

3. 应力脉冲重复20次（具有相同的电流水平），每次脉冲之间有30秒的冷却时间。

4. 应力后参数测试用于检查故障。

5. 峰值应力电流水平增加20A

6. 重复步骤1-5，直到设备不能通过后置测试。

7. MOSFET电流浪涌额定值来自 "最后通过的电流水平"

# 浪涌波形 (10ms , VGS = -4 V)

• 电流以 20 A 的增量增加，直到设备未通过后期测试

• 最后通过电流等级为 340 A（失败电流等级之前的电流应力）

• 由于通道关闭，电流通过体二极管传导

# 浪涌波形 (10ms , VGS =15 V)

• 当VGS = 15 V时，通道是开放的，因此可以通过通道进行传导。

• 在更高的电流下，体二极管开始额外地平行传导电流

# 10 ms 脉冲宽度的浪涌电流分布

• 将 25°C 与 150°C 进行比较时，性能有明显变化

• 不同的栅极电压条件变化不大

路过

雷人

握手

鲜花

鸡蛋