电子设计工程Electronic Design Engineering第29卷Vol.29第1期No.12021年1月Jan.2021收稿日期：2020-03-03稿件编号：202003013作者简介：夏逸骁（1995—），男，江苏苏州人，硕士研究生。
研究方向：碳化硅器件建模。
碳化硅器件作为近年来的新型材料，在电力电子转换器的应用中受到更多的关注。
碳化硅MOSFET 具有击穿电场高、载流子饱和漂移速率快、高温高频下稳定性好、开关损耗低等优势[1-2]。
利用碳化硅器件开关特性良好和开关损耗低的优势，如何控制它的寄生参数达到实际电路性能的优化的是讨论的重点。
针对开关瞬态过程的研究已经十分广泛，分为以下3种：电路模型、数学模型以及实验分析模型。
电路模型通过软件仿真，能够直观感受寄生参数如何影响开关过程，但是要建立器件模型，仿真时间较长[3]。
实验分析模型[4]直接提取出测试波形，但是无法从物理层面解释各寄生参数对整个电路的意义。
而数学模型弥补了前面两者的不足：从理论出发，能够诠释开关过程的物理机制，并且对实际电路提供一定的参考价值。
文中基于开关过程的数学建模，通过公式推导碳化硅MOSFET 开关瞬态模型夏逸骁，陶雪慧（苏州大学轨道交通学院，江苏苏州215000）摘要：在碳化硅MOSFET 大范围应用下，其开关瞬态过程愈发引人关注。
由于碳化硅比起硅器件有更高的开关频率，因此其开关特性受到结电容和杂散电感的影响。
对碳化硅MOSFET 开关过程进行瞬态分析，推导了它的开关模型。
通过开关模型提取出其电压变化率和电流变化率，在考虑杂散参数的基础之上寻找其与电压及电流变化率之间的联系。
仿真及实验通过搭建buck 电路平台，测试其开通和关断波形，提取出开关过程各阶段电压电流的变化率，进一步验证理论分析过程和模型建立的准确性。
关键词：碳化硅MOSFET ；开关模型；电压电流变化率；杂散参数中图分类号：TN7文献标识码：A文章编号：1674-6236（2021）01-0152-05DOI：10.14022/j.issn1674-6236.2021.01.032Transient model of Silicon Carbide MOSFET switchXIA Yixiao ，TAO Xuehui（The College of Rail Transport ，Soochow University ，Suzhou 215000，China ）Abstract:In the wide range of applications of silicon carbide MOSFET ，the switching transient process is becoming more and more interesting.Because Silicon Carbide has a higher switching frequency than Silicon devices ，its switching characteristics are affected by junction capacitance and stray inductance.In this paper ，a transient analysis of the switching process of a silicon carbide MOSFET is performed ，and its switching model is derived.The voltage change rate and the current change rate are extracted through theswitch model ，and the relationship between the voltage change rate and the current and current change rate is sought after considering the stray parameters.Simulation and experiment by building a buck circuit platform and testing its turn ⁃on and turn⁃off waveforms ，the change rate of voltage and current ateach stage of the switching process is extracted to further verify the accuracy of the theoretical analysis process and model establishment.Keywords:Silicon Carbide MOSFET ；switch model ；voltage and current change rate ；stray parameter --152出每个阶段电压和电流的变化率，同时考虑了驱动回路以及功率回路的寄生参数，在参数分析部分根据实际电路对d V d t 和d I d t进行计算，以寄生电容模型为基础分析其他参数，从中能够更加直观感受各寄生参数对d V d t 和d I d t产生的影响。
MOSFET和IGBT的对比分析
柳超;李慧芬;董颖辉
【期刊名称】《计算机与数字工程》
【年(卷),期】2013(041)011
【摘要】目前,开关管MOSFET和IGBT是固态发射机常用的功率放大器,但是选择MOSFET还是IGBT,还是要根据实际需要.论文对额定功率值相同的MOSFET 和IGBT进行对比分析,不仅从器件的构造与特征、电性能参数、温度效应等方面考虑,而且介绍了一种计算总功耗、可使用开关频率和结温的方法.计算结果表明:IGBT 的总功耗略小于MOSFET,IGBT优于MOSFET.
【总页数】3页(P1772-1773,1849)
【作者】柳超;李慧芬;董颖辉
【作者单位】海军工程大学电子工程学院通信工程系武汉430033;海军工程大学电子工程学院通信工程系武汉430033;海军工程大学电子工程学院通信工程系武汉430033
【正文语种】中文
【中图分类】TN821+.6
【相关文献】
1.SiC MOSFET与Si MOSFET在开关电源中功率损耗的对比分析 [J], 曹洪奎;陈之勃;孟丽囡
2.SiC MOSFETs与Si IGBTs的性能对比研究 [J], 郑浩;王学梅;张波
3.碳化硅MOSFET与硅MOSFET的应用对比分析 [J], 陈之勃;陈永真
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5.基于SiC MOSFET/Si IGBT的670V/100kW城轨辅助逆变器的综合比较 [J], 姚文革;王方;刘阳;李伟杰;马颖涛;刘博
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碳化硅MOSFET 器件结构和特性SiC（碳化硅）是由硅和碳化物组成的化合物半导体。
与硅相比，SiC具有许多优势，包括10倍的击穿电场强度，3倍的带隙，以及实现器件结构所需的更广泛的p型和n型控制。
其结果是硅无法实现的突破性性能，使其成为下一代功率器件最可行的继任者。
SiC存在多种多型（多晶型），每种具有不同的物理性质。
在这些多类型中，4H-SiC是功率器件最理想的。
功率器件特性SiC的击穿电场强度是硅的10倍，因此可以通过更薄的漂移层和更高的杂质浓度配置更高电压（600V至XNUMX V）的功率器件。
由于高压器件的大部分电阻成分位于漂移层电阻中，因此SiC能够以极低的单位面积导通电阻实现更高的耐压。
理论上，在相同的耐压下，单位面积的漂移层电阻可比硅降低300倍。
为了尽量减少使用硅的较高耐压下导通电阻的增加，通常使用少数载流子器件（双极性），例如IGBT（绝缘栅双极晶体管）。
然而，这会增加开关损耗，从而导致更大的热量产生并限制高频操作。
相比之下，SiC通过高速器件结构，使用多数载流器件（肖特基势垒二极管、MOSFET）实现高耐压成为可能，同时实现高耐压、低导通电阻和高速运行。
3倍宽的带隙允许功率器件在更高的温度下工作，从而大大扩展了适用性。
碳化硅SBD器件结构和特点将碳化硅高速器件结构集成到肖特基势垒二极管（SBD）中，可以实现大于600V的耐压（与硅SBD的~200V相反）。
因此，替换现有的主流PN结二极管（快速恢复型）可显著降低恢复损耗，有助于降低线圈等无源元件的噪声和更紧凑性。
这是由于电源效率的提高和操作频率的提高。
这确保了对功率因数校正电路（PFC）和整流桥的支持，使其适用于更广泛的应用，包括交流电、电源、太阳能功率调节器、电动汽车快速充电器。
碳化硅SBD正向特性SiC SBD的上升电压小于1V-相当于FRD的上升电压。
上升电压由肖特基势垒的高度决定。
然而，尽管设计较低的正常势垒高度可以降低上升电压，但这是以泄漏电流为代价的，漏电流在反向偏置期间会增加。
高效SiC技术的介绍和分析摘要：随着电力电子变换系统对于效率和体积提出更高的要求，SiC（碳化硅）将会是越来越合适的半导体器件。
尤其针对光伏逆变器和UPS应用，SiC器件是实现其高功率密度的一种非常有效的手段。
本文主要介绍SiC技术优点、缺点及目前应用层面的一些瓶颈。
1.引言由于SiC相对于Si的一些独特性，对于SiC技术的研究，可以追溯到上世界70年代。
简单来说，SiC主要在以下3个方面具有明显的优势:击穿电压强度高（10倍于Si）更宽的能带隙（3倍于Si）热导率高（3倍于Si）这些特性使得SiC器件更适合应用在高功率密度、高开关频率的场合。
当然，这些特性也使得大规模生产面临一些障碍，直到2000年初单晶SiC晶片出现才开始逐步量产。
目前标准的是4英寸晶片，但是接下来6英寸晶片也要诞生，这会导致成本有显着的下降。
而相比之下，当今12英寸的Si晶片已经很普遍，如果预测没有问题的话，接下来4到5年的时间18英寸的Si晶片也会出现。
Vincotech公司十几年前就已经采用SiC二极管来开发功率模块。
SiC二极管由于其卓越的反向恢复特性，可以有效的减小它本身的开关损耗和IGBT的开关损耗。
SiC肖特基二极管虽然已经应用了很多年，但是还需要进一步改善价格来获得更广阔的市场。
最近几年的主要研究和应用是基于SiC的有源开关器件，比如SiC MOSFET和SiC JFET. 从目前电压等级4Kv以下的应用来看，SiC MOSET有打败SiC JFET的势头。
SiC MOSFET有着卓越的开关损耗和超小的导通损耗。
SiC MOSFET大批量商业化的最大障碍目前还是由于其居高不下的价格。
然而我们还是要综合评估整个系统成本，因为SiC MOSFET还是带来系统整个体积和其他成本的下降。
文本会介绍一些SiC和Si在效率、损耗方面的对比来证明SiC在高频应用上的优势。
采用boost模型，对比分析SiC和Si器件的损耗我们来看一下boost电路。
