2 短路机制

为了分析 SCT 1 的机制，半桥模型如图 2-1 所示。S_HS 和 S_LS 两个 SiC MOSFET 分别由一个栅极驱动器单元 (GDU) 控制。此外，两个电容器为转换器提供能量：电容 C_C 为 S_HS 和 S_LS 两个 SiC MOSFET 之间的电流换向提供所需的能量，而电容 C_B 用作转换器输出端的大容量滤波器。电感 L_σ,C 和 L_σ,B 表示电容器、MOSFET 和 PCB 布线的寄生电感之和。一个共用的断路器 S_B 将高压电池 U_batt 连接到各种电力电子器件。

图 2-1 分析 SCT 1 的简化原理图

发生短路时，隔离故障以避免进一步损坏（如火灾危险）至关重要。使用断路器 S_B 断开故障，可以中断连接到电池的其他正常工作器件的运行。一种思路是在每个转换器中加入一根额外的机械或电子保险丝；但是这种方法会增加成本，这在对价格敏感的汽车应用中并不理想。因此，迫切需要可靠且具有成本效益的短路保护方案来防止过热事件。

其中两种短路检测方法利用了额外的电流传感器。如节 1.3 中所述，电流传感器放置在两个电容器 C_c 和 C_B 之间。

在测量中，S_HS 和 S_LS 两个 SiC MOSFET 构成半桥拓扑。MOSFET S_LS 的漏极和源极引脚焊接在一起，以确保发生低阻抗短路来模拟 MOSFET S_HS 上的 SCT 1。在 t₀ 时刻，MOSFET S_HS 的 GDU 收到导通命令，高侧 SiC MOSFET 的栅源电压 u_GS 开始增大。

图 2-2 SCT 1 期间故障 MOSFET 的波形

电流斜率 di_SC/dt 取决于各种参数，例如 SiC MOSFET 的杂散电感和电容 [16]。电流 i_SC 在 t₁ 时刻达到峰值，随后降低。电流的降低可以解释为由于功率损耗导致的 SiC MOSFET 芯片自热效应，使得漏源电阻增大 [16]。

尽管电流持续降低，但随着高侧 SiC MOSFET 的漏源电压 u_DS 保持高电平，SiC MOSFET 中耗散的能量越来越多。因此，MOSFET 持续升高温度。在 t₂ 时刻，SiC MOSFET 达到临界结温并在低阻抗状态下损坏。由于电流 i_SC 不再受漏源电阻的限制，因此 i_SC 再次开始增大。从现在开始，MOSFET 无法隔离短路，而且只要电池提供能量，此短路就存在发生火灾和烟雾危险的潜在风险。因此，需要短路保护来防止损坏 MOSFET。本文选择了基于分流器的检测和基于霍尔效应传感器的检测等电流检测方法，以及去饱和方法等电压检测方法作为保护方法进行分析。