由于對純電動汽車 (BEV) 的需求不斷增長，高壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和車載充電器 (OBC) 的重要性日益凸顯 [1–4]。近來，支持快速充電的 800V BEV 正迅速占領(lǐng)市場 [5]。與硅 (Si) 絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 相比，碳化硅 (SiC) 金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 具有多種優(yōu)勢。最重要的優(yōu)勢包括導(dǎo)熱性更高、開關(guān)速度更快、結(jié)溫更高和阻斷電壓更高 [6]。因此，SiC MOSFET 在汽車系統(tǒng)中的利用率正在迅速提高。

然而，SiC MOSFET 的使用帶來了新的挑戰(zhàn)。SiC MOSFET 和 IGBT 在處理短路情況方面的差異主要表現(xiàn)在以下兩個方面。[7]

• 與 IGBT 相比，SiC MOSFET 的芯片尺寸更小
  • SiC MOSFET 芯片的散熱能力較差。在短路情況下，浪涌電流會產(chǎn)生大量的熱量，如果散熱能力不足，芯片可能會在短時間內(nèi)被損壞。
• 正常導(dǎo)通工作期間的工作區(qū)域差異
  • 在正常導(dǎo)通狀態(tài)期間，IGBT 通常在飽和區(qū)域中工作。發(fā)生短路時，集電極電流 I_C 增加，并從飽和區(qū)域急劇轉(zhuǎn)換到活動區(qū)域。集電極電流會自我限制，并不再受 V_CE 的影響。
  • SiC MOSFET 在正常導(dǎo)通工作期間在線性區(qū)域工作，并且 SiC MOSFET 具有更大的線性區(qū)域。在短路事件期間，從線性區(qū)域向飽和區(qū)域的轉(zhuǎn)變發(fā)生在顯著更高的電壓水平。漏極電流會隨 V_DS 的增加而不斷增加。器件會在達(dá)到轉(zhuǎn)換點之前被損壞。

這些特性導(dǎo)致 HV DC/DC 轉(zhuǎn)換器和 OBC 中的 SiC MOSFET 需要更快且可靠的短路保護(hù)措施，才能滿足汽車的高安全標(biāo)準(zhǔn)。挑戰(zhàn)尤其在于短路事件的快速檢測與斷開，以防止系統(tǒng)損壞 [8]。定義系統(tǒng)短路保護(hù) (SCP) 響應(yīng)時間是為了驗證短路保護(hù)的可靠性。