Si/SiC 混并联结构主动温度控制

尹 庚，何志志，李宗鉴

（1.湖南大学信息科学与工程学院，长沙 410082;2.湖南大学电气与信息工程学院，长沙 410082）

碳化硅SiC（silicon carbide）作为一种新型的宽禁带半导体材料，相比于传统的Si 半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场高和导热率大等特点，被认为是制备高温、高频、大功率器件的理想材料之一。但是SiC 材料的生产工艺不成熟以及生产成本高[1]，阻碍了SiC 半导体器件的大规模应用。文献[2]提出了SiC JFET 和Si IGBT 的并联结构，该结构结合了SiC JFET、Si IGBT 的优点，相对单独的Si IGBT，开关损耗降低了70%，而成本并未大幅度增加；文献[3-6]详细分析了Si IGBT/SiC MOSFET 并联结构内部电流分配关系和动态开关过程；文献[7-9]关注Si IGBT/SiC MOSFET 并联结构损耗和成本优化问题，均未考虑Si/SiC 并联结构中两种器件之间的温度平衡问题。然而，功率半导体器件内部不同材料的热膨胀系数不同，其工作过程中产生的热量会导致器件老化甚至损坏[10-12]，因此有必要控制功率半导体器件温度，以提高功率变换器的可靠性。到目前为止，大部分文献提出的温度控制方法都是适用于独立的Si 功率器件或者SiC 功率器件，还没有适用于Si/SiC 混并联结构的温度控制方法。但在Si/SiC 混并联结构损耗优化过程中，小电流SiC MOSFET 容易出现温度过高的现象，因此需要一种Si/SiC 混并联结构主动温度控制方法来有效解决小电流SiC MOSFET 温度过高的问题。

因此，本文提出一种适用于Si IGBT/SiC MOSFET 混并联结构的主动结温控制方法。首先分析了混并联结构的工作原理及驱动时序，然后建立混并联结构的损耗计算模型，分析关断延时Toff_delay对混并联结构内部器件功率损耗分配的影响，基于损耗计算模型实现混并联结构温度平衡。……