雪崩下SiC MOSFET应用技术的鲁棒性评估
本文将探讨如何在雪崩工作条件下评估 sic mosfet 的鲁棒性。mosfet 功率变换器，特别是电动汽车驱动电机功率变换器，需要能够耐受一定的工作条件。如果器件在续流导通期间出现失效或栅极驱动命令信号错误，就会致使变换器功率开关管在雪崩条件下工作。因此，本文通过模拟雪崩事件，进行非钳位感性负载开关测试，并使用不同的 sic mosfet 器件，按照不同的测试条件，评估技术的失效能量和鲁棒性。
引语
能效和可靠性是所有电子功率变换器必备的主要特性。在与人类社会活动和生态环境保护相关的应用领域，例如，交通、工业、能源转换等，标准硅基功率开关管已被 sic mosfet 取代，因为 sic mosfet 在电流密度 / 芯片面积、击穿电压、开关频率、工作温度方面表现更出色，可缩减功率变换器的体积和尺寸，同时提高能效［1］，［2］。
采用最新一代 sic mosfet 设计功率变换器应该认真考虑器件的可靠性和鲁棒性，避免让异常失效现象破坏系统的整体安全性［3］，［4］。短路和雪崩是可能导致电源转换器开关管严重失效的异常事件［5］ ［6］。
短路事件可能是错误和失控的工作条件引起的，例如，器件开关顺序命令出错。当漏源电压 vds 超过击穿电压额定值时，会发生雪崩事件［7］。
对于 dvds/dt 和 did/dt 变化率很高的应用，在开关瞬变期间，vds 可能会超过击穿电压额定值。高瞬变率结合变换器布局固有的寄生电感，将会产生电压尖峰，在极端情况下，导致雪崩事件发生［7］，［14］，［16］。sic mosfet 可能会出现这些工作条件，分立器件的 dvds/dt 可能轻松超过 100v/ns，did/dt 超过 10a/ns ［1］，［21］。
另一方面，电机功率变换器也是一个值得关注的重点，例如，电动汽车的驱动电机逆变器、工业伺服电机等，这些应用的负载具有典型的电感特性，要求功率开关还必须兼备续流二极管的功能［18］。因此，在二极管关断时，其余器件将传导负载电流，进行非钳位感性负载开关 uis 操作，工作于雪崩状态是无法避免的［13］。在这种雪崩期间，除过电压非常高之外，高耗散能量也是一个需要考虑的重要问题，因为器件必须耐受异常的电压和电流值。
采用失效检测算法和保护系统，配合同样基于“可靠性”标准的变换器设计方法，是很有必要的［20］。但是，除了安全保护和最佳设计规则外，功率开关管还必须强健结实，即具有“鲁棒性”，才能耐受某种程度的异常工作条件，因为即便超快速检测算法和保护系统也无法立即发挥作用［19］。sic mosfet 的雪崩问题已成为一个重要的专题，由于该技术尚未完全成熟，因此需要进行专门的研究［7］-［13］。
本文的目的是分析 sic mosfet 在雪崩工作条件下的鲁棒性。为了验证鲁棒性分析结果，我们做了许多实验。最后，我们介绍了器件在不同的 uis 测试条件下的鲁棒性。
雪崩事件
通常来说，雪崩事件只有在器件达到击穿电压时才会发生。在正常工作条件下，凡是设置或要求高开关频率的应用都会发生这种现象。
以基于半桥转换器的应用为例，让我们详细解释一下雪崩现象。
图 1（a）是一个简化的半桥转换器电路原理图，电路中有两个 sic mosfet 开关管，分别用 qh 和 ql 表示，除开关管外，还有一个感性负载；图 1（b）是上面电路的等效电路图，最重要的部分是主要寄生元件，特别是代表电源回路等效寄生电感的 ldh，lsh，ldl 和 lsl，电源回路是指连接+ dc 电路（vdd）与 qh 漏极，qh 源极至 ql 漏极，ql 源极至 -dc 电路的电源轨。此外，lgh，lgl 是 qh 和 ql 的栅极 - 源极路径信号回路的等效寄生电感。考虑到 hip247 封装分立器件有三或四个引线，上面的寄生电感中包含 sic mosfet 焊线和引线的寄生电感，详细信息参见［15］，［16］。同样重要的是，还要考虑 sic mosfet 的寄生电容 cgs，cds 和 cgd，这些参数是漏极 - 源极电压 vds 的函数［21］。
不难理解在下面两个案例的极端工作条件期间产生的电压尖峰：
1）有源器件导通，无源器件的体二极管关断
2）有源器件关断，无源器件的体二极管导通
用 1200v，25mω，hip247-4l 封装的 sic mosfet 分立器件，按照图 1 的方案做实验测试，描述瞬变在什么情况下被定义为极端工作条件。为简单起见，将 ql 视为有源器件，它由适合的栅极驱动器电路控制；qh 是无源器件，用作续流二极管，并且通常在相关终端施加 -5v 的恒定负栅极 - 源极电压。
图 1：半桥转换器桥臂：（a）简化框图，（b）包括主要寄生元件的等效电路。
通过分析图 2 的实验结果，可以知晓案例 1）的极端工作条件。
图 2：在 850v， 130a，qh 体二极管关断时，vgs， id 和 vds 的典型波形。
本节重点介绍在 ql 导通时 qh 体二极管的“反向恢复”过程。测试条件是 175°c，vdd=850v， id=130a。sic mosfet 的反向恢复过程是一个重要的课题，许多人都在研究这种现象［17］，［18］。软恢复和硬恢复模式受载流子寿命、掺杂分布、裸片面积等因素影响。从应用角度来看，反向恢复特性主要与正向电流大小 id 及其变化率 did/dt 和 工作温度有关。图 2 显示了变化速率 12a/ns 的 id 引起的 qh 体二极管硬恢复特性。由于结耗尽非常快，漏极 - 源极电压 vds 以最快的速度上升。在 did/dt 和 dirr/dt 与寄生电感的综合作用下，尖峰电压现象严重，并且在 vds 波形上看到振荡行为。另外，vgs 波形出现明显振荡，应钳制该电压，以避免杂散导通［16］。
快速恢复用于描述恢复的效果，概念定义详见文献［17］。
通过优化转换器电路板布局，将寄生电感降至非常低，可以限制在电流变化率非常高的关断期间产生的电压尖峰，从而最大程度地利用 sic mosfet 的性能。
图 3 的实验测试结果解释了案例 2）的极端工作条件。图中所示是在室温（25°c），850v，130a 条件下 ql“关断”时的相关参数波形。因为器件采用 hip247-4l 封装，3.3Ω的栅极电阻 rg 加快了关断瞬变，并且 vds 的峰值非常高（约 1550v）。
图 3：在 850v， 130a 条件下关断 ql，vgs， id， vds 和 poff 的典型波形。
通过进一步降低 rg 阻值提高关断速度，将会引发雪崩事件，不过，在本实验报告中没有达到雪崩状态。
但是，除极端工作条件外，元器件失效也会导致雪崩事件［4］。
以前文提到的图 1 半桥转换器为例，当 qh 续流二极管失效，致使器件关断时，负载电流必须在关断瞬变期间流经互补器件 ql，这个过程被称为非钳位感性负载开关 uis。在这个事件期间，器件必须承受某种程度的能量，直到达到 ql 击穿极限值为止。
这种失效机制与临界温度和热量产生有关。sic mosfet 没有硅基器件上发现的其它失效模式，例如，bjt 闩锁［10］。在 uis 条件下的雪崩能量测试结果被用于定义 sic mosfet 的鲁棒性。
图 4（a）和图 4（b）是 sic mosfet 的 uis 测试结果。这些测试是在图 1 无 qh 的配置中做的，测试条件是 vdd=100v， vgs=-5/18v， rgl=4，7Ω， l=50h， tc=25°c，下一章详细解释这样选择的原因。
图 4（a）所示是前三次脉冲测试。ql 正在传导电流，在第一个脉冲时关断，如图中蓝色的 vgs，vds 和 id 的波形所示，有过电压产生，vds 略低于 1500v，但器件没有雪崩。在增加脉冲周期后，如图中绿色波形所示，电流 id 达到 5a，器件开始承受雪崩电压。再重复做一次 uis 测试，如黑色波形所示，电流值变大，但由于负载电感器较小，直到电流值非常大时才达到失效能量。
图 4：uis 实验，（a）雪崩过程开始时的波形；（b）施加最后两个脉冲时的波形。
图 4（b）所示是最后一种情况的测试结果。蓝色波形是在一系列单脉冲后，器件失效前倒数第二个脉冲产生的波形，从图中可以看到，器件能够处理关断瞬变，耐受根据下面的雪崩能量公式（1）算出的约 0，7j 雪崩能量，最大漏极电流为 170a，雪崩电压平均值为 1668v。
红色波形是在施加最后一个脉冲获得的失效波形，这时器件不再能够耐受雪崩能量，并且在 t *时刻发生失效，漏极电流开始骤然增加。
鲁棒性评估和雪崩测试
我们用三组 1200v sic mosfe 做了 uis 测试，表 1 列出了这三组器件的主要数据。
5（a）所示是测试等效电路图，5（b）所示是相关实验装置。ql 是待测器件（dut），测试目标是分析 dut 的关断特性。
表 1：sic mosfet 规格
图 5：uis 实验装置： （a）等效电路， （b） 实验台
设置 a，b，c 三种测试条件；施加周期递增的单脉冲序列，直到待测器件失效为止。
vdd=100v， vgs=-5/18v
a.vs rgl=4，7Ω， 10Ω， 47Ω， at l=50uh， tc=25°c
b.vs l=50uh， 1mh， at rgl=4，7Ω， tc=25°c
c.vs tc=25°c， 90°c， 200°c， at l=50uh， rgl=4，7Ω
为了便于统计，从 d1，d2 和 d3 三组器件中分别抽出五个样品，按照每种测试条件各做一次 uis 实验，测量和计算失效电流和失效能量，参见图 6，图 7 和图 8。
图 6（a）所示是从 sic mosfet d3 中抽出的一个典型器件，按照测试条件“a”做 uis 测试的 vds 和 id 失效波形。
图 6：uis 对 rg 最终测试结果：（a） 一个 d3 样品的 vds 和 id 典型值；（b）平均失效能量 eav。
为了清楚起见，只给出了 rg ＝4.7ω和 47ω两种情况的波形。我们观察到，失效电流不受 rgl 的影响。图 6（b）显示了 d1，d2 和 d3 三组的平均 eav。
注意到 eav 失效能量略有降低，可忽略不计，因此，可以得出结论，在 uis 测试条件下，这些 sic mosfet 的鲁棒性与 rg 无关。
图 7（a）和（b）所示是按照测试条件 b，在 l=50h 和 1mh 时，各做一次 uis 测试的失效波形，为简单起见，只从 sic mosfet d3 中抽取一个典型样品做实验。
在提高负载电感后，电感器储存的能量增加，因此，失效电流减小。
图 7：uis 对 l 最终测试结果 （a） 在 l=50h 时， d3 样品的 vds 和 id 典型值 （b）在 l=1mh 时， d3 样品的 vds 和 id 典型值 （c） 平均失效能量 eav.
图 7（c）显示了 d1，d2 和 d3 的平均 eav 与 l 的关系，可以观察到，器件 d3 的失效能量 eav 随着负载电感提高而显著提高，而 d1 和 d2 的 eav 则略有增加。通过分析图 8 可以发现这种行为特性的原因。图 8 是根据等式（2）计算出来的结温 tj 的分布图：
tj=t0+pavzth（2）
其中：t0 是起始温度，pav 是平均脉冲功率，zth 是芯片封装热阻，本次实验用的是不带散热器的 to247-3l 封装。
电感器储存能量的大小与电感值有关，储存能量将被施加到裸片上，转换成热能被耗散掉。
如图 7（a）所示，低电感值会导致非常大的热瞬变，这是因为电流在几微秒内就达到了非常高的数值，如图 7（a）所示，因此，结温在 uis 期间上升非常快，但裸片没有够的时间散掉热量。相反，在高电感值的情况下，电流值较低，如图 7（b）所示，并且裸片有足够的时间散掉热量，因此，温度上升平稳。
这个实验结果解释了为什么被测器件 d3 的 eav 随负载电感提高而显着增加的原因，另外，它的裸片面积比 sic mosfet d1 和 d2 都大。
图 8：典型 d3 器件的估算结温 tj 对 l 曲线图。
最后，在图 9 中报告了测试条件 c 的 uis 测试结果，测试条件 c 是封装温度的函数，用热电偶测量封装温度数值。
图 9（a）所示是 d3 在 tc=25°c，90℃和 200℃三个不同温度时的 vds 和 id 波形。不出所料，d1，d2 和 d3 三条线的趋势相似，工作温度越高，引起器件失效的 eav 就越低，图 9（b）。
图 9：uis 对 tc 的最终测试结果；（a）d3 样品在不同的 tc 时的 vds 和 id 典型值；（b）平均失效能量 eav 对 tc 曲线
结论
本文探讨了在 sic mosfet 应用中需要考虑的可能致使功率器件处于雪崩状态的工作条件。为了评估 sic mosfet 的鲁棒性，本文通过实验测试评估了雪崩能量，最后还用三款特性不同的 sic mosfet 做对比测试，定义导致器件失效的最大雪崩能量。雪崩能量与芯片面积成正比，并且是栅极电阻、负载电感和外壳温度的函数。
这种在分立器件上进行的雪崩耐量分析，引起使用电源模块开发应用的设计人员的高度关注，因为电源模块是由许多并联芯片组成，这些芯片的鲁棒性需要高度一致，必须进行专门的测试分析。此外，对于特定的应用，例如，汽车应用，评估雪崩条件下的鲁棒性，可以考虑使用单脉冲雪崩测试和重复雪崩测试方法。这是一个重点课题，将是近期评估活动的目标。
参考文献
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［21］https://www.st.com/resource/en/datasheet/scth90n65g2v-7.pdf
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能效和可靠性是所有电子功率变换器必备的主要特性。在与人类社会活动和生态环境保护相关的应用领域，例如，交通、工业、能源转换等，标准硅基功率开关管已被 sic mosfet 取代，因为 sic mosfet 在电流密度 / 芯片面积、击穿电压、开关频率、工作温度方面表现更出色，可缩减功率变换器的体积和尺寸，同时提高能效［1］，［2］。
采用最新一代 sic mosfet 设计功率变换器应该认真考虑器件的可靠性和鲁棒性，避免让异常失效现象破坏系统的整体安全性［3］，［4］。短路和雪崩是可能导致电源转换器开关管严重失效的异常事件［5］ ［6］。
短路事件可能是错误和失控的工作条件引起的，例如，器件开关顺序命令出错。当漏源电压 vds 超过击穿电压额定值时，会发生雪崩事件［7］。
对于 dvds/dt 和 did/dt 变化率很高的应用，在开关瞬变期间，vds 可能会超过击穿电压额定值。高瞬变率结合变换器布局固有的寄生电感，将会产生电压尖峰，在极端情况下，导致雪崩事件发生［7］，［14］，［16］。sic mosfet 可能会出现这些工作条件，分立器件的 dvds/dt 可能轻松超过 100v/ns，did/dt 超过 10a/ns ［1］，［21］。
另一方面，电机功率变换器也是一个值得关注的重点，例如，电动汽车的驱动电机逆变器、工业伺服电机等，这些应用的负载具有典型的电感特性，要求功率开关还必须兼备续流二极管的功能［18］。因此，在二极管关断时，其余器件将传导负载电流，进行非钳位感性负载开关 uis 操作，工作于雪崩状态是无法避免的［13］。在这种雪崩期间，除过电压非常高之外，高耗散能量也是一个需要考虑的重要问题，因为器件必须耐受异常的电压和电流值。
采用失效检测算法和保护系统，配合同样基于“可靠性”标准的变换器设计方法，是很有必要的［20］。但是，除了安全保护和最佳设计规则外，功率开关管还必须强健结实，即具有“鲁棒性”，才能耐受某种程度的异常工作条件，因为即便超快速检测算法和保护系统也无法立即发挥作用［19］。sic mosfet 的雪崩问题已成为一个重要的专题，由于该技术尚未完全成熟，因此需要进行专门的研究［7］-［13］。
本文的目的是分析 sic mosfet 在雪崩工作条件下的鲁棒性。为了验证鲁棒性分析结果，我们做了许多实验。最后，我们介绍了器件在不同的 uis 测试条件下的鲁棒性。
雪崩事件
通常来说，雪崩事件只有在器件达到击穿电压时才会发生。在正常工作条件下，凡是设置或要求高开关频率的应用都会发生这种现象。
以基于半桥转换器的应用为例，让我们详细解释一下雪崩现象。
图 1（a）是一个简化的半桥转换器电路原理图，电路中有两个 sic mosfet 开关管，分别用 qh 和 ql 表示，除开关管外，还有一个感性负载；图 1（b）是上面电路的等效电路图，最重要的部分是主要寄生元件，特别是代表电源回路等效寄生电感的 ldh，lsh，ldl 和 lsl，电源回路是指连接+ dc 电路（vdd）与 qh 漏极，qh 源极至 ql 漏极，ql 源极至 -dc 电路的电源轨。此外，lgh，lgl 是 qh 和 ql 的栅极 - 源极路径信号回路的等效寄生电感。考虑到 hip247 封装分立器件有三或四个引线，上面的寄生电感中包含 sic mosfet 焊线和引线的寄生电感，详细信息参见［15］，［16］。同样重要的是，还要考虑 sic mosfet 的寄生电容 cgs，cds 和 cgd，这些参数是漏极 - 源极电压 vds 的函数［21］。
不难理解在下面两个案例的极端工作条件期间产生的电压尖峰：
1）有源器件导通，无源器件的体二极管关断
2）有源器件关断，无源器件的体二极管导通
用 1200v，25mω，hip247-4l 封装的 sic mosfet 分立器件，按照图 1 的方案做实验测试，描述瞬变在什么情况下被定义为极端工作条件。为简单起见，将 ql 视为有源器件，它由适合的栅极驱动器电路控制；qh 是无源器件，用作续流二极管，并且通常在相关终端施加 -5v 的恒定负栅极 - 源极电压。
图 1：半桥转换器桥臂：（a）简化框图，（b）包括主要寄生元件的等效电路。
通过分析图 2 的实验结果，可以知晓案例 1）的极端工作条件。
图 2：在 850v， 130a，qh 体二极管关断时，vgs， id 和 vds 的典型波形。
本节重点介绍在 ql 导通时 qh 体二极管的“反向恢复”过程。测试条件是 175°c，vdd=850v， id=130a。sic mosfet 的反向恢复过程是一个重要的课题，许多人都在研究这种现象［17］，［18］。软恢复和硬恢复模式受载流子寿命、掺杂分布、裸片面积等因素影响。从应用角度来看，反向恢复特性主要与正向电流大小 id 及其变化率 did/dt 和 工作温度有关。图 2 显示了变化速率 12a/ns 的 id 引起的 qh 体二极管硬恢复特性。由于结耗尽非常快，漏极 - 源极电压 vds 以最快的速度上升。在 did/dt 和 dirr/dt 与寄生电感的综合作用下，尖峰电压现象严重，并且在 vds 波形上看到振荡行为。另外，vgs 波形出现明显振荡，应钳制该电压，以避免杂散导通［16］。
快速恢复用于描述恢复的效果，概念定义详见文献［17］。
通过优化转换器电路板布局，将寄生电感降至非常低，可以限制在电流变化率非常高的关断期间产生的电压尖峰，从而最大程度地利用 sic mosfet 的性能。
图 3 的实验测试结果解释了案例 2）的极端工作条件。图中所示是在室温（25°c），850v，130a 条件下 ql“关断”时的相关参数波形。因为器件采用 hip247-4l 封装，3.3Ω的栅极电阻 rg 加快了关断瞬变，并且 vds 的峰值非常高（约 1550v）。
图 3：在 850v， 130a 条件下关断 ql，vgs， id， vds 和 poff 的典型波形。
通过进一步降低 rg 阻值提高关断速度，将会引发雪崩事件，不过，在本实验报告中没有达到雪崩状态。
但是，除极端工作条件外，元器件失效也会导致雪崩事件［4］。
以前文提到的图 1 半桥转换器为例，当 qh 续流二极管失效，致使器件关断时，负载电流必须在关断瞬变期间流经互补器件 ql，这个过程被称为非钳位感性负载开关 uis。在这个事件期间，器件必须承受某种程度的能量，直到达到 ql 击穿极限值为止。
这种失效机制与临界温度和热量产生有关。sic mosfet 没有硅基器件上发现的其它失效模式，例如，bjt 闩锁［10］。在 uis 条件下的雪崩能量测试结果被用于定义 sic mosfet 的鲁棒性。
图 4（a）和图 4（b）是 sic mosfet 的 uis 测试结果。这些测试是在图 1 无 qh 的配置中做的，测试条件是 vdd=100v， vgs=-5/18v， rgl=4，7Ω， l=50h， tc=25°c，下一章详细解释这样选择的原因。
图 4（a）所示是前三次脉冲测试。ql 正在传导电流，在第一个脉冲时关断，如图中蓝色的 vgs，vds 和 id 的波形所示，有过电压产生，vds 略低于 1500v，但器件没有雪崩。在增加脉冲周期后，如图中绿色波形所示，电流 id 达到 5a，器件开始承受雪崩电压。再重复做一次 uis 测试，如黑色波形所示，电流值变大，但由于负载电感器较小，直到电流值非常大时才达到失效能量。
图 4：uis 实验，（a）雪崩过程开始时的波形；（b）施加最后两个脉冲时的波形。
图 4（b）所示是最后一种情况的测试结果。蓝色波形是在一系列单脉冲后，器件失效前倒数第二个脉冲产生的波形，从图中可以看到，器件能够处理关断瞬变，耐受根据下面的雪崩能量公式（1）算出的约 0，7j 雪崩能量，最大漏极电流为 170a，雪崩电压平均值为 1668v。
红色波形是在施加最后一个脉冲获得的失效波形，这时器件不再能够耐受雪崩能量，并且在 t *时刻发生失效，漏极电流开始骤然增加。
鲁棒性评估和雪崩测试
我们用三组 1200v sic mosfe 做了 uis 测试，表 1 列出了这三组器件的主要数据。
5（a）所示是测试等效电路图，5（b）所示是相关实验装置。ql 是待测器件（dut），测试目标是分析 dut 的关断特性。
表 1：sic mosfet 规格
图 5：uis 实验装置： （a）等效电路， （b） 实验台
设置 a，b，c 三种测试条件；施加周期递增的单脉冲序列，直到待测器件失效为止。
vdd=100v， vgs=-5/18v
a.vs rgl=4，7Ω， 10Ω， 47Ω， at l=50uh， tc=25°c
b.vs l=50uh， 1mh， at rgl=4，7Ω， tc=25°c
c.vs tc=25°c， 90°c， 200°c， at l=50uh， rgl=4，7Ω
为了便于统计，从 d1，d2 和 d3 三组器件中分别抽出五个样品，按照每种测试条件各做一次 uis 实验，测量和计算失效电流和失效能量，参见图 6，图 7 和图 8。
图 6（a）所示是从 sic mosfet d3 中抽出的一个典型器件，按照测试条件“a”做 uis 测试的 vds 和 id 失效波形。
图 6：uis 对 rg 最终测试结果：（a） 一个 d3 样品的 vds 和 id 典型值；（b）平均失效能量 eav。
为了清楚起见，只给出了 rg ＝4.7ω和 47ω两种情况的波形。我们观察到，失效电流不受 rgl 的影响。图 6（b）显示了 d1，d2 和 d3 三组的平均 eav。
注意到 eav 失效能量略有降低，可忽略不计，因此，可以得出结论，在 uis 测试条件下，这些 sic mosfet 的鲁棒性与 rg 无关。
图 7（a）和（b）所示是按照测试条件 b，在 l=50h 和 1mh 时，各做一次 uis 测试的失效波形，为简单起见，只从 sic mosfet d3 中抽取一个典型样品做实验。
在提高负载电感后，电感器储存的能量增加，因此，失效电流减小。
图 7：uis 对 l 最终测试结果 （a） 在 l=50h 时， d3 样品的 vds 和 id 典型值 （b）在 l=1mh 时， d3 样品的 vds 和 id 典型值 （c） 平均失效能量 eav.
图 7（c）显示了 d1，d2 和 d3 的平均 eav 与 l 的关系，可以观察到，器件 d3 的失效能量 eav 随着负载电感提高而显著提高，而 d1 和 d2 的 eav 则略有增加。通过分析图 8 可以发现这种行为特性的原因。图 8 是根据等式（2）计算出来的结温 tj 的分布图：
tj=t0+pavzth（2）
其中：t0 是起始温度，pav 是平均脉冲功率，zth 是芯片封装热阻，本次实验用的是不带散热器的 to247-3l 封装。
电感器储存能量的大小与电感值有关，储存能量将被施加到裸片上，转换成热能被耗散掉。
如图 7（a）所示，低电感值会导致非常大的热瞬变，这是因为电流在几微秒内就达到了非常高的数值，如图 7（a）所示，因此，结温在 uis 期间上升非常快，但裸片没有够的时间散掉热量。相反，在高电感值的情况下，电流值较低，如图 7（b）所示，并且裸片有足够的时间散掉热量，因此，温度上升平稳。
这个实验结果解释了为什么被测器件 d3 的 eav 随负载电感提高而显着增加的原因，另外，它的裸片面积比 sic mosfet d1 和 d2 都大。
图 8：典型 d3 器件的估算结温 tj 对 l 曲线图。
最后，在图 9 中报告了测试条件 c 的 uis 测试结果，测试条件 c 是封装温度的函数，用热电偶测量封装温度数值。
图 9（a）所示是 d3 在 tc=25°c，90℃和 200℃三个不同温度时的 vds 和 id 波形。不出所料，d1，d2 和 d3 三条线的趋势相似，工作温度越高，引起器件失效的 eav 就越低，图 9（b）。
图 9：uis 对 tc 的最终测试结果；（a）d3 样品在不同的 tc 时的 vds 和 id 典型值；（b）平均失效能量 eav 对 tc 曲线
结论
本文探讨了在 sic mosfet 应用中需要考虑的可能致使功率器件处于雪崩状态的工作条件。为了评估 sic mosfet 的鲁棒性，本文通过实验测试评估了雪崩能量，最后还用三款特性不同的 sic mosfet 做对比测试，定义导致器件失效的最大雪崩能量。雪崩能量与芯片面积成正比，并且是栅极电阻、负载电感和外壳温度的函数。
这种在分立器件上进行的雪崩耐量分析，引起使用电源模块开发应用的设计人员的高度关注，因为电源模块是由许多并联芯片组成，这些芯片的鲁棒性需要高度一致，必须进行专门的测试分析。此外，对于特定的应用，例如，汽车应用，评估雪崩条件下的鲁棒性，可以考虑使用单脉冲雪崩测试和重复雪崩测试方法。这是一个重点课题，将是近期评估活动的目标。
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