学术简报︱SiC MOSFET短路检测与保护研究综述
江苏省智能电网技术与装备重点实验室（东南大学）的研究人员吴海富、张建忠、赵进、张雅倩，在2019年第21期《电工技术学报》上撰文指出，随着宽禁带半导体器件的发展，SiC MOSFET被广泛应用于工业领域，其短路保护也越来越多地为人们所重视。
本文首先对SiC MOSFET的短路类型进行讨论，给出不同短路类型下的主要电路波形；然后本文对近年来SiC MOSFET短路检测与保护方法进行概述，详细介绍去饱和检测法、电感检测法、门极电压检测法以及基于罗氏线圈的短路检测法的原理，归纳总结各种检测方案的优缺点；最后提出一种降栅压短路保护电路，实现了SiC MOSFET在短路情况下的两级快速保护。
近年来SiC MOSFET凭借着耐压等级高、耐温高以及损耗低等特点被广泛应用于电机驱动、开关电源以及并网逆变器中。因此，国内外有许多学者致力于研究SiC MOSFET的驱动以及短路保护。
在驱动方面，有学者研究了SiC MOSFET的高频驱动，实现了开关频率MHz以上的突破。由于开关频率的提高，驱动损耗也成了驱动电路设计中的重点，为了减小驱动损耗，有学者提出了SiC MOSFET谐振门极驱动电路，利用LC谐振来回收储存在门极的功率。有学者着重研究SiC MOSFET高温驱动电路，实现了高温下SiC MOSFET的稳定驱动。
相对于SiC MOSFET的驱动技术，国内外学者在短路保护方面的研究相对较少。为了保证SiC MOSFET稳定可靠地运行，设计出性能优良的短路保护电路十分重要。与传统的硅IGBT和硅MOSFET相比，SiC MOSFET短路保护要求更为严格。硅IGBT的短路承受时间大约为10μs，而SiC MOSFET的短路承受时间为2～7μs，并且随着母线电压和温度的升高，SiC MOSFET短路承受时间也会下降。
有学者研究了不同线路寄生电感对SiC MOSFET短路电流的影响，结果表明随着杂散电感的增大，电路的短路电流会下降。有学者研究了不同温度和不同电压等级下SiC MOSFET短路能力，实验发现在高压与高温下SiC MOSFET短路承受能力降低。同时，有学者也研究了Rohm和Cree两家公司的SiC MOSFET短路特性，并且进行了对比分析。
针对SiC MOSFET短路保护，有学者给出了短路检测与保护方案，实现了短路故障下的快速保护。虽然许多文献都给出了相应的保护方案，但是这些保护方案之间都存在着一定的联系与区别，因此有必要对SiC MOSFET短路保护进行总结。
本文从SiC MOSFET的短路类型出发，首先分析SiC MOSFET两种短路类型（硬开关故障和负载短路故障），并且介绍这两种短路类型下电压与电流特征。然后，对近年来SiC MOSFET短路保护研究文献进行分析讨论，根据检测方式的不同，将短路检测分为四类：去饱和检测法、电感检测法、门极电压检测法和基于罗氏线圈的短路检测法。
同时本文也对短路故障下开关管的关断方式进行介绍，详细分析软关断的基本原理及必要性。最后本文在前人的基础上提出一种降栅压短路保护电路，并且通过Pspice仿真软件以及实验验证了方案的可行性。
图1 短路测试电路原理
图14 短路状态下的软关断电路原理
图18 短路测试硬件平台
SiC MOSFET短路保护是SiC MOSFET驱动电路中重要的环节，决定了器件能否稳定可靠的运行。本文概述了SiC MOSFET的两种短路类型，并且给出了两种短路类型下VGS、VDS和ID的主要波形。
基于近年来一些文献对于SiC MOSFET短路保护的研究，并根据短路检测过程以及电路结构差异将SiC MOSFET短路检测归结为四类：去饱和检测法、电感检测法、门极电压检测法及基于罗氏线圈的短路检测法。
本文总结了SiC MOSFET短路情况下的关断方式，介绍了软关断的基本原理，并且提出了一种降栅压SiC MOSFET短路保护方案，通过仿真和实验验证了方案的可行性。