【摘 要】
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随着碳化硅器件成本的降低和技术的提升,SiC MOSFET有望取代Si IGBT,成为新一代主流大功率器件。由于SiC MOSFET的短路电流上升速度快、峰值大,短路承受时间远低于Si IGBT,且过流时门极容易老化,SiC MOSFET要求更为快速可靠的短路及过流保护。本文提出了一种基于隧道磁电阻（Tunnel Magnetoresistance,TMR）的短路及过流保护技术,具体包括:首先,本
【基金项目】
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国家重点研发计划课题“碳化硅器件及模块测试检验全套技术研究”（资助号:2016YFB0400504）； 国家自然科学基金项目“基于隧道磁电阻TMR的SiC MOSFET模块短路和过流保护技术”（批准号:52077198）；
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随着碳化硅器件成本的降低和技术的提升,SiC MOSFET有望取代Si IGBT,成为新一代主流大功率器件。由于SiC MOSFET的短路电流上升速度快、峰值大,短路承受时间远低于Si IGBT,且过流时门极容易老化,SiC MOSFET要求更为快速可靠的短路及过流保护。本文提出了一种基于隧道磁电阻（Tunnel Magnetoresistance,TMR）的短路及过流保护技术,具体包括:首先,本文研究了SiC MOSFET短路保护的软关断技术。由于SiC MOSFET的短路峰值电流可达数千安培,在关断时高di/dt会产生较大电压过冲,导致器件损坏。为此,本文优化设计了主功率电路回路电感,并提出一种两电平软关断电路的设计思路,通过对中间电平和维持时间的调整控制关断时的di/dt,从而减小关断时的电压过冲和耗散能量。本文将TMR传感器集成到SiC MOSFET模块内部,通过对磁场的分析和有限元仿真找到TMR传感器的最佳安装位置。当发生短路故障时,TMR传感器的增益会自动倍增,进而能提前判断短路故障,即在实际短路电流达到阈值之前检测到故障。此外,只需要1个TMR传感器即可检测半桥模块上、下功率器件的短路和过流故障。实验结果表明,对于Cree公司的1200V/300A的SiC MOSFET模块WAB300M12BM3,当发生硬开关故障时,TMR技术的检测时间为80ns,反应时间为98ns,总保护时间为798ns,优于退饱和技术和集成罗氏线圈技术。TMR技术也适用于具有类似结构的其他SiC MOSFET模块。
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