富昌电子SiC设计分享（四）：SiC MOSFET Desat设计注意事项_技术

富昌电子（Future Electronics）一直致力于以专业的技术服务，为客户打造个性化的解决方案，进而缩短产品的设计周期、加快行业发展的步伐。在第三代半导体的实际应用领域，富昌电子结合自身的技术、项目经验积累，着笔SiC相关设计的系列文章，希望能给到大家一定的参考，并期待与您进一步的交流。

作为系列文章的第四篇，本文主要针对SiC MOSFET 短路Desat 保护设计做一些探讨。

1. 什么是Desat

Desat保护是功率MOSFET和IGBT保护中很重要的概念, 下面我们用图一所示是一个简化的MOS剖面图，以此来阐述退饱和发生的原因。栅极施加一个大于阈值的正压VGS，则栅极氧化层下方会形成导电沟道，这时如果给漏极D施加正压VDS，则源极中的电子便会在电场的作用下源源不断地从漏极D流向源极S，这样电流便形成了，这时电流随DS电压的增长而线性增长。随着DS电压的增大，使得栅极和硅表面的电压差很小而不能维持硅表面的强反型，沟道出现夹断现象，电流不再随DS电压的增加而成比例增长，而进入退饱和状态（如图二）。

在实际应用中，退饱和现象一般发生在器件短路时，这时Vds电压上升到母线电压，电流一般是额定电流的几倍。功率异常增大，结温急剧上升，不及时关断器件就有可能烧毁器件。多数MOSFET电流短路承受能力差而造成热损坏，而SiC MOSFET电流的短路能力更差。那么针对SiC MOSFET的Desat保护设计就变得尤为重要了。

富昌电子SiC设计分享（四）：SiC MOSFET Desat设计注意事项,第2张

2.     如何进行Desat的设计

SiC MOSFET电路通常用传感器进行在线电流检测，进行精确的过电流保护。而Desat保护被视为第二级保护措施。在有些特殊故障情况，例如桥式直通或逆变器在滤波器前输出端对地短路等，在线电流传感器无法检测到这类故障，Desat保护就成为保护功率器件重要的措施。

设计中，主要的考虑是Desat保护阈值的设定，一般应设置为保守值，以避免过早触发。下面就通过onsemi的SiC MOSFET NTH4L020N120SC1为例，来论述下如何设计这个保护阈值。

SiC MOSFET datasheet提供“最大漏极脉冲电流”（10us单脉冲）如图一。该电流约为器件在 125 °C时额定连续电流的 4 倍左右(onsemi NVH4L020N120SC1) 如图二。在额定连续电流和最大漏极脉冲电流之间选择过流保护值。过流保护阈值的计算应使用 125 °C 或 150 °C 时的 RDS_ON。传导电流是 DESAT 引脚提供的电流。二极管压降具有负温度系数。保守计算，可以将 25 °C 时二极管的正向电压用于过流保护阈值的计算。

图一, NTH4L020N120SC1 , onsemi               图二, NTH4L020N120SC1 , onsemi