基于太阳能、风能等新能源的微电网是实现高效、经济安全供电的重要途径。高可靠性电力电子功率变换器则是微电网系统的核心基础部件。在电力电子功率变换器中，开关器件的性能很大程度上决定了变换器的效率等指标，关系到整个微电网系统的稳定性以及使用寿命。相较于传统开关器件MOSFET与IGBT，SIC MOSFET具有导通电阻随温度变化率较小、驱动功率较低、反向恢复性好、关断速度较快的特点[1]，正在逐步成为开关器件首选，大大提高了电力系统电力电子变换器的效率和可靠性，降低了能源消耗与环境污染，因此对 SIC MOSFET 的动态特性分析有着重要的意义。
双脉冲实验是比较常规的测试SIC MOSFET性能的方法，主要的测试目的是：获取MOSFET开关过程的主要动态参数和损耗；观察二极管的反向恢复电流是否有震荡、关断时的电压尖峰是否合适等动态性能；获取MOSFET与反向二极管在开关过程中的di/dt以及由杂散电感造成的du/dt；评估驱动电路中Rgon及Rgoff是否合适[1]。双脉冲测试系统成本较高、灵活性不足，不利于开关器件的评估，为了解决这一问题，本文基于ADI公司的LISPICE电子仿真软件搭建虚拟测试平台，以ROHM公司SCT2080KE碳化硅MOSFET为例，在虚拟测试平台上完成了对其各项性能测试与评估。我们在ROHM官网上下载SCT2080KE相应的模型，导入到软件中，其中参数设置杂散电感L1=10nH，负载电感L=500uH，直流电压源Vdc=600V，母线电容C=47uF，仿真时间设为12us。搭建的仿真模型如下图1所示。下管SIC MOSFT及上管SIC MOSFT的反向二极管是被测对象。用高压隔离探头测量Vce，用罗氏线圈电流探头测量Ic，用普通探头测量Vge上管IGBT的驱动信号Vge始终是0，因此上管始终关断。不同时刻的测量值关系如下图2所示。0~t0时刻，首先给两个SIC MOSFT关断信号，高压电源对母线电容充电，下管被测IGBT导通，母线电压U加在负载L上。关断时刻电流的大小由时间决定，时间越长电流越大，可以自主设定电流的数值和上升率，进行驱动电路的过流、短路保护功能测试。
图1双脉冲测试电路
图2 不同时刻的测量值关系
t0~t1时刻，下管SIC MOSFT关断，负载电感L经反向二极管续流，电流衰减缓慢。由于电流探头放在下管的发射极处，电感电流由上管二极管续流，电流波形如图2虚线所示，示波器上观察不到续流电流。t1~t2时刻，被测SIC MOSFT再次导通，二极管进入反向恢复状态，反向恢复电流会穿过IGBT，在示波器上可以观察到这个电流造成的尖峰。t2~t3时刻，被测SIC MOSFT再次关断，此时电流较大，母线杂散电感会产生一个电压尖峰。
表1 测试数据与数据手册对比表
得到实验数据后，与ROHM公司提供的数据手册上的各项数据进行比较。如表1所示，从表中可以看出，各项仿真数据与数据手册基本一致，误差小于15%的工程要求范围，验证了该方案的准确性。
参考文献：
[1]杜泽晨,吴沛飞,刘瑞.SIC MOSFET特性参数的一致性分析[J].半导体技术,2022,47(04):281-287.