【摘 要】
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硅功率半导体器件近60年来经历了多代的发展,在阻断电压、工作温度、导通和开关特性等方面已接近理论上的限制。以碳化硅（Si C）和氮化镓（Ga N）为主的第三代宽禁带半导体器件（WBG）的出现,为突破这一限制提供了良好的解决方案,必将成为未来发展的趋势。在WBG器件中,SiC器件具有更高的工作电压和功率等级,因此SiC在现阶段的高压、高温和高功率的应用场合中更有优势。但是WBG器件的高速开关性能对功
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硅功率半导体器件近60年来经历了多代的发展,在阻断电压、工作温度、导通和开关特性等方面已接近理论上的限制。以碳化硅（Si C）和氮化镓（Ga N）为主的第三代宽禁带半导体器件（WBG）的出现,为突破这一限制提供了良好的解决方案,必将成为未来发展的趋势。在WBG器件中,SiC器件具有更高的工作电压和功率等级,因此SiC在现阶段的高压、高温和高功率的应用场合中更有优势。但是WBG器件的高速开关性能对功率回路和驱动回路的布局提出了独特的挑战,并且高频开关不可避免地会带来更高的di/dt和dv/dt,引起电压和电流振荡。本文详细介绍了器件动态表征的基本原理及器件关键特性,对DPT的三个主要测试工具示波器、电压探头和电流探头进行了简要的介绍并进行了对比实验。通过实验结果,本文得到了几种测试探头的优势和劣势,并搭建了双脉冲测试平台,尽量降低外界参数对测试结果的影响。通过采用垂直多回路的布局方式来减小PCB功率回路和驱动回路的寄生参数,将电流流向相同的导体之间插入一个流向相反的导体,可以使相同流向导体之间的距离加大而相反流向导体之间的间距减小,从而使得磁通抵消更加明显。针对高频器件关断时栅极电压振荡导致的器件误触发现象,本文通过巴克豪森准则及相关数学分析提出了优化振荡误触发的PCB设计指令。通过Q3D寄生参数提取软件发现,与现有方法相比,栅极回路寄生电感降低了30%左右,功率级回路的寄生电感降低了近50%,并通过Pspice仿真软件验证了该方法的有效性。最后,通过双脉冲测试平台得到了新型PCB布局在低压、高温和高压工作环境下与垂直功率环布局的对比数据,通过数学分析,本文发现新型布局方式在300V的工作条件下在开关时间上降低了近6%,在开关损耗上降低了近8%,减小了电流、电压的过冲,器件的开关损耗和开通、关断时间,可以为Si C器件的PCB布局提供理论指导。
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