[發(fā)明專利]基于瞬時功率檢測的SiCMOSFET模塊短路檢測電路及短路檢測方法

在審

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• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113325332A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 文陽;楊媛
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01R31/52
• 分類號: G01R31/52;G01R21/06
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

本發(fā)明公開了基于瞬時功率檢測的SiC MOSFET模塊短路檢測電路，包括漏極電壓采集電路、漏極電流采集電路、高速模擬乘法器U₂和高速比較器CP₁，本發(fā)明解決了現(xiàn)有SiC MOSFET模塊短路保護時存在的響應速度慢、易誤觸發(fā)的缺陷。本發(fā)明還公開了一種SiC MOSFET模塊短路檢測方法，漏極電壓采集電路和漏極電流采集電路分別將采集的電壓值和電流值傳送到高速模擬乘法器U₂的乘積輸入端，經(jīng)過高速模擬乘法器U₂計算得出瞬時功率值，當瞬時功率值大于設(shè)定參考閾值V_ref,p時，高速比較器CP₁翻轉(zhuǎn)送出故障關(guān)斷信號，本發(fā)明避免了SiC MOSFET熱失控或柵?源極失效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于短路保護技術(shù)領(lǐng)域，涉及基于瞬時功率檢測的SiC MOSFET模塊短路檢測電路，還涉及一種SiC MOSFET模塊短路檢測方法。

背景技術(shù)

電力電子設(shè)備是新能源技術(shù)裝備的重要組成部分，而功率半導體器件是電力電子設(shè)備的核心。經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，傳統(tǒng)硅(Si)基半導體器件性能已達到極限，難以滿足新能源裝備高效、高功率密度等新的發(fā)展需求。SiC MOSFET模塊以其低開關(guān)損耗、高開關(guān)頻率、高耐壓值以及優(yōu)異的溫度特性在大功率電力電子應用中對散熱器的性能要求降低，使得整個電力電子裝置的轉(zhuǎn)換效率、功率密度及穩(wěn)定性大幅提升。然而，SiC MOSFET的柵極氧化層較薄，短路時的高溫和熱應力容易引發(fā)柵-源極失效。與同容量Si器件相比，SiCMOSFET芯片面積小、電流密度高導致其短路承受能力較弱；其次，SiC MOSFET模塊內(nèi)部由多個SiC MOSFET芯片及SiC SBD芯片通過鍵合線連接構(gòu)成，封裝引起的回路雜散電感不一致及芯片參數(shù)漂移將導致各SiC MOSFET芯片開通時存在不均流風險。這種現(xiàn)象在短路故障時更為嚴重，大大增加了SiC MOSFET模塊失效的幾率。因此，為了更好發(fā)揮SiC MOSFET模塊低開關(guān)損耗與高開關(guān)頻率的優(yōu)勢，研究性能更為優(yōu)越的SiC MOSFET模塊短路保護方案具有重要的學術(shù)價值及經(jīng)濟效益。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供基于瞬時功率檢測的SiC MOSFET模塊短路檢測電路，解決了現(xiàn)有SiC MOSFET模塊短路保護時存在的響應速度慢、易誤觸發(fā)的缺陷。

本發(fā)明的另一目的是提供一種SiC MOSFET模塊短路檢測方法，通過檢測SiCMOSFET模塊瞬時功率來檢測短路故障，避免了SiC MOSFET熱失控或柵-源極失效。

本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是，基于瞬時功率檢測的SiC MOSFET模塊短路檢測電路，與SiC MOSFET模塊連接進行短路檢測，包括漏極電壓采集電路、漏極電流采集電路、高速模擬乘法器U₂和高速比較器CP₁，漏極電壓采集電路輸入端與SiC MOSFET模塊漏極連接，輸出端與高速模擬乘法器U₂的乘積輸入端連接，漏極電流采集電路輸入端與SiCMOSFET模塊功率源極連接，輸出端與高速模擬乘法器U₂的乘積輸入端連接，高速模擬乘法器U₂的輸出端連接在高速比較器CP₁的輸入端，高速比較器CP₁的另一個輸入端接入SiCMOSFET模塊功率的參考閾值V_ref,p。

本發(fā)明第一種技術(shù)方案的特點還在于，