寬禁帶功率半導(dǎo)體器件損耗研究.pdf

1、與傳統(tǒng)硅(Si)功率器件相比，寬禁帶功率半導(dǎo)體器件有很多出色的性能，其中碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)功率器件應(yīng)用越來越廣泛，有可能在未來全面替代Si功率器件而成為下一代功率半導(dǎo)體器件。目前對寬禁帶功率半導(dǎo)體器件性能的研究還不夠完善，不同器件制造商所提供器件手冊的測試條件各異，一些器件特性數(shù)據(jù)未提供，無法在相同測試條件下對GaN、SiC、Si三種材料的功率器件進行特性分析和比較。寬禁帶功率半導(dǎo)體器件應(yīng)用中最大的挑戰(zhàn)是高速開關(guān)下寄生參

2、數(shù)對器件特性的影響更加顯著，為了分析寄生參數(shù)對開關(guān)特性的影響需要建立寬禁帶半導(dǎo)體器件解析模型，而目前高耐壓GaN功率晶體管中采用的共柵共源結(jié)構(gòu)解析模型研究還很不成熟。
　　本文從器件損耗的角度，在不同條件下對SiC MOSFET、GaN功率晶體管及Si功率器件做詳細的測試、比較和分析。文中首先測試了不同驅(qū)動電壓、驅(qū)動電阻、電流、溫度下SiC MOSFET、GaN功率晶體管及Si功率器件的導(dǎo)通特性和開關(guān)特性，并進行導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗

3、計算，對寬禁帶功率半導(dǎo)體器件損耗隨著驅(qū)動電壓、驅(qū)動電阻、電流、溫度的變化規(guī)律進行了分析。然后在逆變器應(yīng)用中對不同器件工作狀態(tài)進行分析進而對器件整體損耗進行仿真計算及實驗。此外，GaN功率晶體管存在反并二極管關(guān)斷時的電壓尖刺過高，閾值電壓低且驅(qū)動回路易受干擾的問題，本文給出了應(yīng)用中的注意事項。最后，本文針對共柵共源結(jié)構(gòu)GaN功率晶體管進行開關(guān)過程分析及建模，考慮了共柵共源結(jié)構(gòu)中PCB和引線寄生電感以及器件結(jié)電容，計算得出共柵共源結(jié)構(gòu)GaN