SIC MOSFET的短路保护故障和典型测试方法

SiC MOSFET发生失效时，短路失效是典型的失效模式之一。一般来说SiC MOSFET的短路分为两种形式，一种是一类短路，另一种是二类短路，如下图所示。

对于一类短路故障，主要是指桥臂直通短路，这时候由于短路回路寄生线路电感较小，电流上升速度快，容易使得功率器件失效，且更难以保护。

对于一类短路可以分为硬开关短路故障和负载故障两种。其中，硬开关故障发生在SiC MOSFET开通时，漏极电流快速上升至峰值，然后又回落到稳态值。

第二种短路测试称为相间短路，这个短路测试回路电感较大，这里我们不作详细讨论。

硬开关故障波形示意图

负载故障发生在SIC MOSFET完全导通之后，短路电流从负载电流开始上升，随之电压Vds也会上升到母线电压，短路故障发生时，短路能量巨大，而SiC MOSFET的芯片较小，电流密度大，会在短时间内很容易损坏。

负载短路故障

这个说法使笔者想起来刚工作时测试电源模块的短路电压应力，一种情况是短路后开机，一种是开机后短路，和上述说法有点类似。

基于上述两种短路故障，一般对于短路故障的检测和测试有两种方法，如下表所示。

基于双脉冲测试的短路测试方法是一种典型测试方法，使用粗短铜排代替双脉冲电路中的负载电感测试短路，

在上述双脉冲测试方法中，当驱动器1开通上管后，接着驱动器2开通被测SiC MOSFET,那么此时就可以形成硬开关短路故障。

当驱动器2发送脉冲使得被测SiC MOSFET正常开启时，再将S1闭合，那么此时将产生负载短路故障的情形。

另一种短路测试方法，是基于非线性元件的无损短路测试方法，如上图所示。

具体测试方法为，在被测SiC MOSFET短路回路中串入非线性元件，此元件在额定电流时内阻较低，相比SiC MOSFET的饱和电流更小，会在SiC MOSFET饱和前提前饱和。事先通过电路中驱动器1将非线性元件导通，而此时再通过驱动器2开通被测SiC MOSFET，那么将形成硬开关短路，短路电流达到元件饱和电流时会被限制电流，进而会熔断。

上面所说的两种短路测试方法中，基于双脉冲电路的测试方法，由于短路回路寄生电感小，电流上升速度快，很容易导致SiC MOSFET短路失效，所以可以更真实的反映实际短路工况，主要用于测试短路保护电路的性能。

基于非线性元件的测试方法，能够及时保护被测器件，避免严重损坏，可以为短路实验留下有效样本，但是不能真实反映实际短路工况。

以上简要介绍了短路故障类型，以及相应的短路测试方法。

参考来源：SiC MOSFET短路保护技术综述

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