碳化硅設備或設備因在不久的將來有可能在電力電子設備（特別是大功率轉(zhuǎn)換器應用）中替代硅的傳統(tǒng)設備而聞名。1由于寬帶隙的可用性，高功率密度，較低的電阻和快速的開關頻率，所有這些都是可能的。高可靠性電源系統(tǒng)需要復雜，苛刻和復雜的條件和環(huán)境才能工作。經(jīng)歷故障的大多數(shù)情況是功率半導體故障的結(jié)果，2由于半導體器件中的溫度水平和變化會引起電路故障，因此建議對溫度進行適當?shù)谋O(jiān)視，這將最終對下一代健康管理系統(tǒng)有所幫助。1準閾值電壓已用于提取結(jié)溫。

準閾值電壓作為TSEP

與MOS結(jié)構相關的閾值電壓（Vth）是負責在器件中創(chuàng)建導電通道的最小柵極電壓，并且允許電流在漏極和源極之間流動。圖1顯示，由于柵極驅(qū)動器電壓（Vgs）的數(shù)量比閾值電壓低，在從t0到t1的導通過渡開始點，漏極電流（Id）完全為零。已經(jīng)觀察到，當Vgs到達t1時，它會移動到Vth。隨之，Id的值也會增加。在此，將準閾值電壓的概念解釋為在導通過程中與t1的時間相對應的柵極驅(qū)動電壓的值。4在圖1中顯示負溫度系數(shù)的結(jié)溫度升高時，注意到t1的量減少了。兩個重要變量（例如閾值電壓和結(jié)溫度）之間的現(xiàn)有關系為改變，因為觀察到Lss'上的電壓發(fā)生了變化。由于SiC MOSFET的開爾文源極和電源Lss'之間存在寄生電感，因此存在以同步方式突然升高電壓的高端可能性，該寄生電感最終將由電壓的上升反映出來。圖2顯示了四引腳SiC MOSFET的等效電路。

圖1：導通期間的開關波形

圖2：等效電路

準Vth測量電路及其工作原理

圖3顯示了完整的過程，通過新穎的方法提取準確的準Vth，取決于在電源端子和輔助電源端子之間接通電源驅(qū)動時寄生電感上的電壓下降的時間。圖3的框圖清楚地顯示了測量電流的方法。

圖3：測量電路框圖

該圖所示的電路包括三個部分：

• 驅(qū)動部分
• 比較部分
• 采樣保持部分
• 驅(qū)動部分驅(qū)動部分

的功能是通過切換到較大的驅(qū)動電阻來測量準Vth。SiC MOSFET由TMS320F28335產(chǎn)生的PWM信號隔離來驅(qū)動。

比較部分

該部分負責將Vss'中存在的模擬脈沖轉(zhuǎn)換為邏輯信號。

采樣保持部分

差分放大器AMP1用于在接通瞬態(tài)階段之間獲得Vgs。

已經(jīng)注意到，通常在SiC MOSFET的Vgs之后是電容器C，而準Vth由閉合的JFET保持。

實驗裝置

圖4顯示了已經(jīng)為實驗完成的測試。該實驗由帶有雙脈沖測試電路，續(xù)流二極管，驅(qū)動器環(huán)路和負載電感的被測設備組成。

圖4：用于實驗的等效電路

圖5顯示了要執(zhí)行的實驗的完整設置。對于測試設備，已使用SiC MOSFET和TO-247。使用雙脈沖測試板安裝設備，熱量由J946溫度控制器提供，該溫度控制器實際上是對分立設備中閉環(huán)溫度的控制。圖6顯示了如何使用紅外熱像儀捕獲條狀芯片。

圖5：完整的實驗設置

圖6：結(jié)溫校準設置

結(jié)果

結(jié)果表明，閾值電壓與結(jié)溫成線性關系。當結(jié)從36°C升高到118°C時，準Vth改變0.358V。負載電流也從10 A改變?yōu)?8 A，結(jié)果表明電流變化的影響是幾乎可以忽略不計，但是Vds（直流母線電壓）的影響更大。由于電容器Cgd，直流母線電壓的增加導致準Vth的測量值變小，并且其值隨電壓從200 V增加到600 V而減小。

結(jié)論

本文介紹了一種新穎的測量電路，以測量用于測量SiC MOSFET的實時或?qū)嶋H結(jié)溫?？梢钥闯觯鲇谟嗁徍吞幚頂?shù)據(jù)或電流傳感器的目的，不需要本質(zhì)上復雜的任何算法。該實驗的最終結(jié)果表明，與準Vth的結(jié)溫之間存在良好的靈敏度線性關系。在SiC MOSFET的雙脈沖測試下，溫度系數(shù)為–4.3mV /°C。負載電流不負責這項技術，它直接與直流鏈路電壓相連，并且不影響上面提到的線性和靈敏度因素。所有數(shù)據(jù)均已從真實來源仔細收集。

參考文獻

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4B. J. Baliga，《功率半導體器件基礎》。紐約州：施普林格，2008年。

編輯：hfy