【经验】基于SiC MOSFET设计的ANPC电路，其低侧MOSFET的双脉冲测试结果及原因分析

时间： 2019-04-29 来源：Vincotech

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VINCOTECH 碳化硅（SiC） MOSFET能够满足1500V太阳能逆变器的高开关速度、高系统效率要求，可实现高集成度和高功率密度，但在开关性能方面仍有不足之处。本文基于SiC MOSFET设计的ANPC电路，介绍其低侧MOSFET的双脉冲测试结果及原因分析。

1、有源中点箝位型太阳能逆变器

图1展示了有源中点箝位（ANPC）电路，包含4个电网频率同步的IGBT（T1-T4）和它们的反并联二极管（D1-D4），以及两个高速MOSFET（T5和T6），该电路的目标应用是一个具有高开关频率（高达64kHz）、高效率的1500V组串型逆变器。除前述组件外，图1中还有两个与直流母线连接的电容（CDC1和CDC2）、一个扼流线圈LAC，电路的输出是单相输出。

图1 有源中点箝位（ANPC）电路图

基于图1所示的电路，在双脉冲测试平台上对SiC MOSFET的开关性能进行研究，双脉冲测试平台的低电感驱动电路，能够提供正、负栅极驱动电流。利用双脉冲测试平台采集图1中低侧MOSFET T6的开关波形和开关能量，首先使T6导通一段时间以建立起电流，然后再使其关断一小段时间，让电流在高侧MOSFET T5的体二极管中完全换向。接着又重新导通T6，同时完成对MOSFET及二极管的开关波形和开关能量的测量。

2、双脉冲测试结果

从T6的导通波形（图2）可以看到漏极电流有一个尖峰，随后又出现了漏极电流振铃和栅极电压振铃，这代表在高侧MOSFET T5上发生了寄生导通，这种现象又称为交叉导通或直通。

图2 低侧SiC MOSFET的导通波形（U_dc=600V，I_ds=140A，T_j=150℃，V_g=-5/16V）

3、发生寄生导通/交叉导通/直通的根本原因

在T6导通前，电流由T5的体二极管续流；在T6导通期间，电流换向至低侧通道（如图3所示），从而导致二极管进入阻断状态，中点电压以高dV/dt从DC+变化为0V。

图3 硬开关ANPC的电流路径

如图4所示，SiC MOSFET的栅极和漏极间存在米勒电容C_gd，栅极和源极间存在米勒电容C_gs，漏极和源极间存在米勒电容C_ds。C_ds上的电压以高dV/dt增大，然后电流流过C_gd和C_gs，C_gs上的电压随之升高，若该电压达到导通阈值，MOSFET就会导通。

图4 SiC MOSFET内部的米勒电容和栅极电阻

这次导通使低侧MOSFET的漏极出现了电流尖峰（如图2所示），也产生了较高的开关能量。工作结温限制了MOSFET的最大容许功耗，也就意味着高开关能量限制了最大的开关频率。

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型号- 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选型指南 - VINCOTECH - 2020/2021 PDF 英文下载

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型号- MKS4J022202D00MSSD,10-FZ12NMA080NS03-M260F,0505025.MX52LEP,TFLEX HD300,BGM111,C2M1000170D,EFR32MG13P732F512GM48-C,RBN75H125S1GP4-A0,10-FY12NMA160SH01-M820F18,KT05,PS9402,SGM6022,MLX91208,28R1101-000,28R0610-000,30-FT12NMA160SH-M669F28,PS9031,LSIC2SD120E30CC,30-FT12NMA200SH-M660F08,LXXXX 15.00/05/90 4.5SN GR,28R1476-100,92ML,LX 15.00/05/90 4.5SN GR BX,MKS4J033305D00KSSD,TPCM780,RC12-6-01LS,SMBJ18CA,28R1953-000,PS9531L3,SI86XX,28B0141-000,WDU50N,SGM6032,WGM110,R5F56514FDLJ,C4D30120D,WDU70N,RBN40H125S1GPQ-A0,C2M0080120D,V23990-P629-L43,SGM2019,LSIC1MO120E0080,SID11X2K,SI8261BCD-C-IS

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VINCOTECH-SiC功率模块选型表

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产品型号	品类	SUB-TOPOLOGY	PRODUCT LINE	VOLTAGEIN（V）	CURRENTIN(A)	MAIN CHIP TECHNOLOGY	HOUSING FAMILY	HEIGHTIN（mm）	ISOLATION
10-EY122PA005ME-LU39F08T	SiC功率模块	Half-Bridge-NTC	flowDUAL E2 SiC	1200	300	SiC MOSFET	flow E2	12	Al2O3

选型表 - VINCOTECH 立即选型

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型号- TFLEX HD300,C3M0065090D,C2M1000170D,10-F124NID150SH03-LG18F98,10-F124NIE150SH03-LG28F98,RA-8565SA,PS9402,MLX91208,10-F124NIX150SH03-LGX8F98,28R1101-000,28R0610-000,LSIC2SD120E30CC,28R1476-100,92ML,TPCM780,RC12-6-01LS,SMBJ18CA,KT05-1A-BV88622,28R1953-000,28B0141-000,WGM110,R5F56514FDLJ,WM 4C,C4D30120D,10-FY09S2A065ME-L869L08,SID1152K,SI8621BD-B-IS,SI8261BCD-C-IS,SID11X2K

优选器件方案 - WEIDMUELLER,LITTELFUSE,LAIRD,SILICON LABS,CREE,RENESAS,VINCOTECH,STANDEX-MEDER,II-VI MARLOW,EPSON,PI,ROGERS,MELEXIS - V1.1 PDF 中文下载

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产品发布时间 : 2023-10-31

【选型】充电桩DC-DC转换电路拓扑结构该如何选择？

在充电桩应用中，DC-DC转换电路拓扑结构到底应该采用三电平LLC串联谐振全桥？还是采用二电平LLC串联谐振全桥？本文带你探秘。用于DC-DC转换的功率开关器件主要有IGBT，Cool MOS和SIC MOSFET等，它们各有优缺点。Vincotech公司目前推出了基于INFINEON第五代高速H5的IGBT功率模块，其比基于INFINEON第三代高速H3的IGBT功率模块，性能有明显的提高。

器件选型发布时间 : 2016-05-14

【技术】三电平SI IGBT和两电平SiC模块联手实现高效整流逆变

将SiC和三电平IGBT配合使用，将SIC的MOSFET用于前端的PFC电流中，三电平IGBT可以用于逆变中，这样更能提高整个系统的效率。

厂牌及品类发布时间 : 2016-02-26

VINCOTECH fastPACK 0 SiC- the H-bridge Featuring Switching Frequency up to 400kHz for Accelerating SMPS, Charger, and ESS applications

900V/33A Faster, cooler, and even more efficient, the VINCOTECH fastPACK 0 SiC power module is the first-choice H-bridge for switching frequencies up to 400kHz. It is also the perfect solution when it comes to increasing power density for SMPS, charger, and ESS applications ranging from 2 - 4 kW.

产品发布时间 : 2023-10-27