【導讀】在(zai)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)的(de)很(hen)多(duo)應(ying)用(yong)，如(ru)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)，有(you)時(shi)會(hui)出(chu)現(xian)短(duan)路(lu)的(de)工(gong)況(kuang)。這(zhe)就(jiu)要(yao)求(qiu)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)有(you)一(yi)定(ding)的(de)扛(kang)短(duan)路(lu)能(neng)力(li)，即(ji)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)承(cheng)受(shou)住(zhu)短(duan)路(lu)電(dian)流(liu)而(er)不(bu)損(sun)壞(huai)。目(mu)前(qian)市(shi)麵(mian)上(shang)大(da)部(bu)分(fen)IGBT都會在數據手冊中標出短路能力，大部分在5~10us之間

，例如英飛淩IGBT3/4的短路時間是10us，IGBT7短路時間是8us。而 大 部 分 的 SiC MOSFET 都 沒 有 標 出 短 路 能 力

， 即 使 有
， 也 比 較 短 ， 例 如 英 飛 淩 的CoolSiCTM MOSFET單管封裝器件標稱短路時間是3us

，EASY封裝器件標稱短路時間是2us。

在(zai)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)的(de)很(hen)多(duo)應(ying)用(yong)
，如(ru)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)，有(you)時(shi)會(hui)出(chu)現(xian)短(duan)路(lu)的(de)工(gong)況(kuang)。這(zhe)就(jiu)要(yao)求(qiu)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)有(you)一(yi)定(ding)的(de)扛(kang)短(duan)路(lu)能(neng)力(li)，即(ji)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)承(cheng)受(shou)住(zhu)短(duan)路(lu)電(dian)流(liu)而(er)不(bu)損(sun)壞(huai)。

目前市麵上大部分IGBT都會在數據手冊中標出短路能力，大部分在5~10us之間，例如英飛淩IGBT3/4的短路時間是10us，IGBT7短路時間是8us。

而 大 部 分 的 SiC MOSFET 都 沒 有 標 出 短 路 能 力 ， 即 使 有
， 也 比 較 短 ， 例 如 英 飛 淩 的CoolSiCTM MOSFET單管封裝器件標稱短路時間是3us
，EASY封裝器件標稱短路時間是2us。

為什麼IGBT和SiC MOSFET短路能力差這麼多，這是SiC天生的缺陷嗎？今天我們簡單分析一下。

先以IGBT為例
，看一下短路時
，功率器件內部發生了什麼
？

功率器件正常工作時處於飽和區，CE電壓很低，此時器件電流隨CE電壓提高而上升。隨著CE電壓進一步提升，反型層溝道被夾斷，器件電流相對保持穩定

，不再隨CE電壓上升而上升，我們稱之為退出飽和區。在IGBT的輸出特性曲線上，我們能看到明顯的退飽和現象。

（關於IGBT退飽和特性更詳細分析可參考如何理解IGBT的退飽和現象以及安全工作區）

IGBT輸出特性曲線

有的SiC MOSFET沒有短路能力，是因為它沒有退飽和特性嗎？非也
，SiC MOSFET也有退飽和特性，隻不過對於MOSFET，工作區的命名方式和IGBT正好相反，正常工作的狀態為線性區。當DS之間電壓上升到一定程度後
，溝道夾斷，電流隨DS電壓上升的趨勢變小，這時MOSFET進入了飽和區。隻不過從輸出特性上看，對於SiC MOSFET，進入飽和的拐點不太明顯。SiC MOSFET進入飽和區的拐點不太明顯

，和DIBL（漏致勢壘降低效應）有關
，有興趣了解的讀者請戳這篇文章SiC MOSFET的短溝道效應

我們以下圖為例，來說明SiC MOSFET的一類短路過程。這是兩個45mΩ 1200V CoolSiC™MOSFET的短路波形：一個是4腳的TO-247封裝
，另一個是3腳TO-247封裝。圖中顯示了兩者在VDS=800V的直流電壓下的情況。

短路剛開始發生時
，漏極電流迅速上升，很快到達一個峰值。由於開爾文源設計中的反饋回路減少，4腳TO-247封裝的MOSFET的電流上升得更快
，在短路事件開始時
，它也顯示出較少的自熱，峰值電流很高
，超過300A。相反，3腳TO-247封裝的器件顯示出較小的峰值電流。造成這種情況的主要原因是di/dt作用於3腳元件的功率回路中的雜散電感，產生的瞬時電壓對VGS產生負反饋
，從而降低了開關速度。隨後，短路電流引起SiC MOSFET芯片結溫上升
，溝道遷移率μn隨之降低，同時疊加JFET效應，使得短路電流自峰值後開始下降
，漏極電流下降到大約150A，直至關斷。測試波形證明了兩種封裝的TO-247 CoolSiC™ MOSFET的典型3μs短路能力。對於功率模塊
，根據相關的目標應用要求，目前的短路能力最高為2μs。我們的CoolSiC™ MOSFET是第一個在數據表中保證短路耐受時間的器件。

TO247 3pin 封裝的IMW120R030M1H中，關於短路時間的定義：

EASY封裝的FF33MR12W1M1H中，關於短路時間的定義：

大部分IGBT短路時間在5~10μs，SiC MOSFET器件短路時間相對比較低，主要原因有以下幾點：

1.通過以上分析，我們可以看到
，當功率器件處於短路狀態時，短路電流相對恒定。對於IGBT來說，短路電流一般是額定電流的4~6倍，而SiC MOSFET的短路電流一般可達額定電流的10倍。這一點從二者的輸出特性曲線就可以看出來。

2.當功率器件短路時
，器件承受母線電壓，電場分布在整個漂移區。因為SiC材料的臨界電場強度約是Si材料的10倍，因此，要達到同樣的耐壓等級，SiC MOSFETI漂移區僅需要SiIGBT的十分之一。這意味著SiC MOSFET短路時發熱熱量更集中
，溫度也更高。

3.SiC MOSFET芯片麵積小於同電流等級的IGBT
，電流密度更高，熱量更集中。

綜上所述

，SiC MOSFET麵積小、短路電流高、漂移層薄等特性，導致其短路時發熱量集中，相對IGBT來說，短路時間就相對短一些。

是不是SiC MOSFET短路能力就一定不如IGBT呢？也並不是這樣。功率器件的短路能力都是設計出來的，短路能力需要和其他性能做折衷。比如增加器件溝道密度
，MOSFET的導通電阻會下降，但相應的，電流密度更高，短路電流會更大，因此短路時間下降。

除了導通電阻，SiC MOSFET短路能力設計還要考慮耐壓、損耗、壽shou命ming等deng多duo種zhong因yin素su。可ke以yi設she計ji一yi個ge損sun耗hao極ji低di但dan沒mei有you短duan路lu能neng力li的de器qi件jian
，也ye可ke以yi稍shao微wei犧xi牲sheng一yi點dian性xing能neng
，使shi器qi件jian具ju備bei短duan路lu能neng力li，從cong而er提ti升sheng整zheng體ti係xi統tong的de可ke靠kao性xing。選xuan擇ze哪na一yi個ge方fang向xiang，使shi器qi件jian最zui終zhong呈cheng現xian什shen麼me樣yang的de性xing能neng

，都dou是shi針zhen對dui目mu標biao應ying用yong權quan衡heng的de結jie果guo。

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