SiC MOSFET 模块结温监测研究

李凌云，何芹芹，黄德雷

（1.江苏省宿迁经贸高等职业技术学校，宿迁 223600；2.江苏科技大学电子信息学院，镇江 212003；3.中国矿业大学电气与动力工程学院，徐州 221116）

近年来，碳化硅SiC（silicon carbide）功率器件以其优异的材料特性受到电力电子行业的广泛关注。SiC MOSFET 模块因其低导通电阻和高开关速率等性能优点，被认为是最有可能取代目前广泛应用的Si IGBT 模块[1-2]，但是由于其生产工艺的不足，特别是栅极氧化层的不稳定性，需要良好的状态监控来保障它的可靠性[3]。有研究表明，电力电子变流器故障中31%可以归因于功率器件的失效，而60%的器件失效故障是由于热应力引起的，因此在变换器运行过程中实时获得结温，可以有效地改善SiC MOSFET 的可靠性[4]。

目前，功率器件结温提取的方法主要有热传感器法、红外热成像法、热敏感电参数TSEP（thermosensitive electrical parameter）法和RC 热阻网络法，其中，TSEP 法无需破坏模块封装，只需获取器件本身的电气参数就能够快速地测量结温，成为近年来研究的热点[5-7]。文献[8]是利用通态电阻Ron来获取I GBT 的结温，但由于SiC MOSFET 通态电阻很低（100 mΩ 左右），故需要精密的测量电路；文献[9-11]提出了利用IGBT 的关闭延时测结温，但是由于SiC MOSFET 优良的特性，它的关闭时间只有几百纳秒，故测量关闭延迟时间需要更精密的器件；文献[12-13]提出了基于SiC MOSFET 栅极电流峰值来测量结温，主要是根据模块栅极内部电阻RGint的正温度系数，但其测量电路过于复杂，在开关频率高时容易产生误差；文献[14-15] 研究了基于SiC MOSFET 开通漏极电流dIds/dt 测结温的方法，由于利用大的漏极电流，容易受到自热的影响。……