SiC MOSFET在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用問題

來源：凌銳半導(dǎo)體

電動(dòng)汽車中可能用到SiC MOSFET的主要汽車電子零部件包括車載充電機(jī)、車載DCDC變換器以及主驅(qū)逆變器等高壓高功率電力電子轉(zhuǎn)換器。

汽車電子零部件在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)需要全方面的評(píng)估其中的關(guān)鍵半導(dǎo)體元器件，包括元器件的功能、電性能、機(jī)械性能、熱性能、壽命等方面，同時(shí)還需要考慮項(xiàng)目設(shè)計(jì)的復(fù)雜度、可制造性、質(zhì)量和成本等因素。目前SiC MOSFET已經(jīng)開始逐步應(yīng)用于電動(dòng)汽車。下面列出了SiC MOSFET應(yīng)用于電動(dòng)汽車零部件中的幾個(gè)主要應(yīng)用問題。

1、SiC MOSFET的高dv/dt和di/dt

SiC MOSFET相比Si MOSFET和Si IGBT具有更高的開關(guān)速度，也就是更高的dv/dt和di/dt。這個(gè)更高的電壓和電流變化率可能會(huì)結(jié)合系統(tǒng)中的寄生電容和寄生電感產(chǎn)生異常高的感應(yīng)電流和電壓，導(dǎo)致器件本身或者周邊器件的應(yīng)力超限，從而造成器件損壞。

高dv/dt和di/dt容易造成持續(xù)的高頻波形振鈴，進(jìn)一步會(huì)引起更嚴(yán)重的電磁干擾EMI問題，比如導(dǎo)致電路中采樣和控制信號(hào)的失真，從而影響控制環(huán)路的穩(wěn)定性或者造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)漠惓！?/p>

高dv/dt和di/dt還使得SiC MOSFET器件本身的柵極上感應(yīng)到的正電壓和負(fù)電壓尖峰更大。SiC MOSFET與Si器件相比，其閾值電壓Vgs(th)以及負(fù)向的最大電壓的數(shù)值都更??；柵極上感應(yīng)到的正負(fù)電壓尖峰的串?dāng)_有可能導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的誤開啟或者柵極擊穿，這將造成SiC MOSFET器件的退化甚至損壞，從而導(dǎo)致零部件出現(xiàn)異常，比如電動(dòng)汽車中的主驅(qū)無法控制電機(jī)，造成整車電機(jī)的扭矩控制和速度控制的異常。

2、SiC MOSFET的柵氧缺陷

SiC MOSFET比Si 半導(dǎo)體具有更多的柵極氧化層缺陷。柵極氧化層中存在的缺陷會(huì)導(dǎo)致SiC MOSFET柵極閾值電壓Vgs(th)的漂移。

閾值電壓的正向漂移會(huì)增加SiC MOSFET的通態(tài)損耗，導(dǎo)致過熱。器件過熱易造成器件熱損壞和使用壽命的降低。

而閾值電壓的負(fù)向漂移會(huì)導(dǎo)致器件進(jìn)入不可預(yù)測(cè)的開啟狀態(tài)，也可能會(huì)導(dǎo)致器件損壞，從而導(dǎo)致主驅(qū)失去控制，影響汽車電機(jī)的運(yùn)行。

3、SiC MOSFET的體二極管退化

由于SiC晶體上存在的基面位錯(cuò)（BPD），SiC MOSFET的體二極管處于雙極性狀態(tài)。體二極管的退化會(huì)導(dǎo)致體二極管導(dǎo)通狀態(tài)下的載流子傳導(dǎo)不良，從而引起額外的通態(tài)損耗，還會(huì)造成關(guān)斷狀態(tài)下的高漏電流，影響器件的耐壓能力。這些異常增加了SiC MOSFET在長期使用期間的失效率，也增加了使用SiC MOSFET的零部件的失效率。

4、SiC MOSFET的短路時(shí)間

SiC MOSFET 的短路耐受時(shí)間比Si IGBT的短路耐受時(shí)間要短。 當(dāng)主驅(qū)逆變器應(yīng)用中存在上下橋臂直通的故障時(shí)，SiC MOSFET因直通而承受電池瞬態(tài)釋放的巨大能量，又由于SiC MOSFET的芯片面積更小，導(dǎo)致更高的短路電流密度和更快的結(jié)溫上升而出現(xiàn)擊穿故障。

當(dāng)SiC MOSFET作為主驅(qū)逆變器的主要部件時(shí)，其短路能力弱的特點(diǎn)使得傳動(dòng)系統(tǒng)容易突然失去控制，造成車輛運(yùn)行失控等故障。