一种在重复短路应力下同时监测SiC功率MOSFET栅极漏电流和阈值电压的方法

《IEEE Transactions on Transportation Electrification》：A Method for Simultaneously Monitoring Gate Leakage Current and Threshold Voltage of SiC Power MOSFETs Under Repetitive Short-Circuit Stress

　　基于漏极电流变化率监测SiC功率MOSFET健康状态的方法研究

　　

摘要：

在这项研究中，栅源漏电流（I_gss）和阈值电压（V_TH）的变化被转换为漏电流（i_d）的变化率，后者被选为新的老化指标。因此，提出了一种通过电流传感器监测栅源漏电流和阈值电压的方法。该健康监测方法简单且成本低廉，无需额外电路。相应的建模针对功率转换系统（PCS）中的碳化硅（SiC）功率MOSFET进行了研究。此外，通过重复性短路（SC）应力来加速SiC功率MOSFET的退化。实验结果表明，阈值电压显著升高，导通状态电阻（R_dson）略有增加。同时，随着短路次数的增加，SiC功率MOSFET的栅源漏电流也大幅增加。在升压转换器中，对健康状况的监测进行了仿真和实验验证，仿真和实验结果均表明，可以使用升压转换器中器件的漏电流变化率来监测阈值电压和栅源漏电流的恶化情况。这项工作可能对功率转换系统（PCS）中SiC功率MOSFET的退化监测有所帮助。

引言

碳化硅（SiC）功率MOSFET具有高击穿电压、高工作温度、高频率和低功耗的特性，这使其成为功率转换系统（PCS）的首选器件之一[1]、[2]、[3]。由于其卓越的性能[4]，SiC功率MOSFET已广泛应用于交通系统。然而，在极端工作条件下，SiC功率MOSFET可能会出现严重退化[5]、[6]、[7]，从而导致系统出现严重后果，如车辆故障或安全隐患。