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基于电致发光效应的SiC MOSFET结温提取方法研究

基于电致发光效应的SiC MOSFET结温提取方法研究

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作者：冒俊杰浙江大学

学位级别：硕士

功率器件的结温提取是实现其状态监测、可靠性评估和健康管理的重要基础。面对新一代的SiC功率器件,传统的结温提取方法也面临着新的挑战。本文在总结现有SiC MOSFET器件结温提取方法的基础上,从SiC MOSFET的电致发光这一科学现象出发,... 详细信息

功率器件的结温提取是实现其状态监测、可靠性评估和健康管理的重要基础。面对新一代的SiC功率器件,传统的结温提取方法也面临着新的挑战。本文在总结现有SiC MOSFET器件结温提取方法的基础上,从SiC MOSFET的电致发光这一科学现象出发,提出了一种非接触式的具备固有电气隔离的结温提取方法,并开展了深入的研究。首先,分析了SiC MOSFET体二极管电致发光的机理,并且构建了光谱定标测试平台,对目标芯片的可见光进行光谱特征参数的定标测试和热相关性分析,研究芯片温度、导通电流等相关工况参数对光谱特征参数的影响规律,为挖掘热灵敏度高、检测方便的温敏光参数提供评价准则。其次,提出了基于电致发光效应的SiC MOSFET结温提取方法。基于评判准则,选取了电致发光光谱中灵敏度高、可检测性强的具有负温度系数的特征峰光强作为温敏光参数,并设计了包含光筛、光导环节和光电检测电路的光电检测系统用于特征峰提取。设计了通过体二极管正向电流测试进行校正的流程,来建立光电检测电压与温度和电流的函数关系。通过对电致发光光强进行检测,并辅以电流的同步测量,实现了SiC MOSFET的结温提取。推导了器件高频开关过程中结温推导的表达式,并在Buck电路拓扑中验证了该结温检测方法在功率器件高频开关过程中实现动态结温提取的可行性。并且将提出的基于电致发光效应的SiC MOSFET结温提取方法与NTC、热阻网络法、温敏电参数进行综合对比。最后,提出了基于电致发光效应的SiC MOSFET结温和电流同步提取方法。分析了基于双特征峰检测实现同时提取器件结温和电流的基本原理,并设计了同时检测双特征峰的光电检测系统,通过体二极管正向电流测试完成校正流程和函数模型的建立。推导了结温和电流的解耦算法,在Buck电路拓扑中验证了基于双特征峰检测的动态结温和电流提取的可行性。该方法无需电流辅助检测,相较于基于单个特征峰检测的结温提取方法在成本上具有较大优势。

关键词：可靠性碳化硅MOSFET 电致发光效应结温提取电流提取

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