寄生电感对SiC MOSFET开关损耗测量的影响

值 ，获 得 不 同 主 回 路 寄 生 电 感 值 的 双 脉 冲 测 试 电 路 。最 后 ，对 比 分 析 了 不 同 电 压 电 流 测 试 条 件 下 寄 生 电 感 对 开
关 损 耗 测 量 的 影 响 。 研 究 结 果 表 明 ：随 着 主 回 路 寄 生 电 感 的 增 大 ，在 开 通 阶 段 漏 源 电 压 下 降 变 快 ，开 通 损 耗 随
Keywords ：p a r a s itic in d u c t a n c e ； s w itc h in g lo s s e s ； m e t a l- o x id e - s e m ic o n d u c to r f ie ld - e f f e c t tr a n s is to r Foundation Project ：S u p p o r te d b y N a tio n a l K ey R & D P ro g ra m o f C h i n a ( N o .2 0 1 6 Y F B 0 4 0 0 5 0 4 )
— 1— ® ~ ~ 工--------
图 2 寄生电感测试电路 Fig. 2 Parasitic inductance test circuit
Fig. 1 Double pulse test circuit
在 搭 建 的 1 000 V 等级双脉冲测试平台中，采 用 3 种电容并联作为母线电容，如 表 1 所示。其中 大 电 容 提 供 双 脉 冲 测 试 的 能 量 ，髙 频 小 电 容 用 于 减小电容端的等效寄生参数。
141
第 55卷第6 期 2021年 6 月
电力电子技术 Power Electronics
Vol.55, No.6 June 2021
2 双脉冲测试主回路寄生参数测量方法
在双脉冲测试电路中，由于续流二极管内部 的寄生电感和相同封装的低感电阻内部的寄生电 感 基 本 相 等 ，因此可用低感电阻替换测试电路中 的 续 流 二 极 管 ，测 得 该 电 路 在 母 线 电 容 放 电 状 态 下的电压和电流波形，通过对波形数据进行处理 和 分 析 ，则 可 以 计 算 得 到 双 脉 冲 测 试 电 路 主 回 路 寄生参数。 2.1 双脉冲测试电路
l 引言 SiC M O S F E T 作为一种新型的宽禁带电力电
子器件 ，因其出色物理及电特性，在 高频 、高压及 大功率应用领域正在逐步取代传统的硅器件双 脉冲测试是评估器件开关瞬态特性重要途径|21。在 双脉冲测试电路中，主回路的寄生电感会对测得 的 电 压 和 电 流 波 形 产 生 影 响 理 想 状 况 下 ，当主
典型的双脉冲测试电路的原理图如图1 所 示 。其 中 V 为待测器件，V D 为续流二极管，L 为负 载电感，C 为母线电容, / _ 为电流传感器（这里采 用 同 轴电 阻），& 为母线电容内部的寄生电感， 为母线 电容 内部的寄生电阻，4 为 主 回 路 中 除 了 母线电 容内 部寄 生 电感 以 外的 所 有寄 生电 感 ，反 为主回路中除了母线电容内部寄生电阻以外的所 有寄生电阻。Ls和艮表示的寄生参数包括了 PCB 走线 寄 生 参 数 、V D 内部 寄生参数、V 内部寄生参 数 、同轴电阻内部寄生参数等。
摘 要 ：双 脉 冲 测 试 是 评 估 器 件 动 态 特 性 的 重 要 手 段 。测 试 电 路 的 寄 生 参 数 将 对 测 试 结 果 产 生 直 接 影 响 。基 于 双
脉 冲 测 试 平 台 ，研 宄 并 评 估 寄 生 电 感 对 碳 化 硅 （S iC )金 属 氧 化 物 半 导 体 场 效 应 管 （MOSFET)开 关 损 耗 测 量 的 影
响 。首 先 ，用 低 感 电 阻 替 换 测 试 电 路 中 的 续 流 二 极 管 ，通 过 对 母 线 电 容 放 电 状 态 下 的 电 压 和 电 流 波 形 进 行 高 阶
多 项 式 拟 合 ，计 算 得 到 双 脉 冲 测 试 电 路 主 回 路 的 寄 生 参 数 。其 次 ，通 过 调 整 主 回 路 跳 线 接 口 处 的 空 心 小 电 感 感
回 路 寄 生 电 感 为 零 时 ，测 得 开 关 波 形 为 理 想 波 形 ； 当主回路存在寄生电感时，测得电压和电流波形 则会发生畸变。寄生电感越大，波形畸变越严重141。 由于开关波形是读取被测器件动态参数的重要依 据 ，为保证测试的精确性，需要尽量减小测试电路 的主回路寄生电感|51。而主回路中不可避免地存在 寄 生 电 感 ，且 开 关 损 耗 是 受 测 量 电 压 和 电 流 波 形 畸 变 程 度 影 响 最 大 的 动 态 参 数 之 一 ，因此研宄了 主 回 路 寄 生 电 感 对 开 关 损 耗 测 量 的 影 响 。 当设计 良 好 时 ，主 回 路 寄 生 电 感 一 般 为 纳 亨 数 量 级 ，难以 直接用仪器测量。因此还提出了一种能够较为准 确地测量主回路寄生参数的方法。
之 减 小 ；而 在 关 断 阶 段 漏 源 电 压 过 冲 增 大 ，关 断 损 耗 随 之 增 大 ，总 开 关 损 耗 几 乎 不 变 。
关 键 词 ：寄 生 电 感 ；开 关 损 耗 ；金 属 氧 化 物 半 导 体 场 效 应 管
中 图 分 类 号 ：TM55
文 献 标 识码：A
文 章 编 号 ：1000-100X(2021)06-0141-05
第 55卷第6 期 2021年 6 月
电力电子技术 Power Electronics
Vol.55, No.6 June 2021
寄生电感对SiC MOSFET开关损耗测量的影响
李 欣 宜 ，王 泽 峰 ，邵 帅 ，张 军 明 ( 浙 江 大 学 ，电 气 工 程 学 院 ，浙 江 杭 州 310027)
基 金 项 目 ：国 家 重 点 研 发 计 划 （2 0 1 6 Y F B 0 4 0 0 5 0 4 ) 定 稿 日 期 ：2 0 2 0 -1 0 -2 2 作 者 简 介 ：李 欣 宜 （ 1 9 9 7 - ) , 女 ， 硕 士 ，研 究 方 向 为 高 压 大 功 率 SiC M O S F E T 测 试 。
The Influence of Parasitic Inductance on SiC MOSFET Switching Loss Measurement
LI Xin-yi, W A N G Ze-feng, S H A O Shuai, Z H A N G Jun-ming
(Zhejiang University y Hangzhou 3 1 0 0 2 7 , China) Abstract: D o u b le p u lse test is u su a lly u sed to e v a lu a te th e d y n am ic p erfo rm a n c e of p o w er d e v ic e s .T h e p a ra sitic p a ­
ram eters ex isted in th e test circu it will affect the test resu lts d irectly .T h e in flu en ce of p arasitic in d u ctan ce on the sw itching loss m easu rem en t of silicon carb id e (S iC ) m etal-o x id e-sem ico n d u cto r field -effect tran sisto r ( M O SF E T ) is stu ­ died and e v a lu a te d .F irst, rep lace the freew heeling d iode in th e test circu it w ith a lo w -in d u ctan ce resistan ce w ith sam e p a c k a g e ,a n d calcu late the parasitic param eters of the m ain circu it of the d o u b le-p u lse test circu it through polynom ial fitting of th e voltage an d cu rre n t w aveform s u n d er th e d isc h arg e state of the b u s c a p a c ito r.S e c o n d ly , by ad ju stin g the sm all hollow in d u ctan ce valu e at the ju m p er interface of th e m ain lo o p , a double pulse test circu it w ith different p a ra ­ sitic in d u ctan ce v alu es of the m ain loop is o b ta in e d .T h e n , th e influence of p arasitic in d u ctan ce on sw itching loss m easurem ent u n d er different voltage and current test conditions is com pared and an alyzed.T he research results show that as the p arasitic in d u ctan ce of the m ain circuit in c re a se s, the d rain -so u rce voltage drops faster d uring the tu m -o n p h a s e , an d the tu m -o n loss d e c re a s e s, w hile the d rain -so u rc e voltage overshoot in creases d u rin g the tu rn -o ff p h a s e , and the tu rn -o ff loss in c re a se s acco rd in g ly .T h e total sw itching loss is alm ost u n ch an g ed .
ห้องสมุดไป่ตู้
表 1 双脉冲测试平台采用的母线电容
Table 1 Bus capacitance used in double pulse test platform
型号 MKP1848C65010JY5
R75QR34704010J 2220AC124KAZ1A
2 . 2 主回路寄生参数测试方法
2.2.1 寄 生 参 数 测 试 电 路
对 于 搭 建 的 双 脉 冲 测 试 电 路 ，为了测量其主 回路寄生参数，采 用 如 图 2 所示的测试电路。对于 开关状态下的高频电流而言，由于负载电感很大， 因此负载电感支路相当于断路，在测量主回路的 寄生参数时无需考虑。与双脉冲测试电路相比，这 里移除了负载电感。与此同时,采用了 T O -22 0封 装 的 M P 930 2 0 mfl低感电阻代替原先的续流二极 管 。由 于 低 感 电 阻 和 续 流 二 极 管 封 装 相 同 ，因此可 近似认为两者的内部寄生电感相等，从而该电路 中的寄生电感值与原先双脉冲测试电路中的相 等 。而 利 用 该 测 试 电 路 测 得 的 主 回 路 寄 生 电 阻 ，只 需减去低感电阻的阻值，即为原先双脉冲测试电 路的寄生电阻。如续流二极管寄生电感占比很小， 可以将其短路进行主电路寄生参数评估。