[發明專利]一種基于GaN反向過沖效應的電磁干擾預測算法

有效

• 申請號: 202010838409.6
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112131815B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 張茹;陳文潔;楊旭;閆瑞濤;劉金路;周永興
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367;G01R31/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種基于GaN反向過沖效應的電磁干擾預測算法，屬于電力電子電磁干擾預測研究領域，首先根據以上所述的考慮反向過沖效應的電磁干擾預測算法建立電磁干擾預測解析模型，然后結合數學計算工具得到電力電子器件開關過程中產生的電磁干擾。該模型能夠在產品設計階段，準確預測電磁干擾頻譜包絡線，且不需要復雜的測量步驟，避免了由于產品不能滿足電磁干擾的標準，而帶來巨大的經濟損失，為電力電子設計工程師設計產品提供了方便。

技術領域

本發明屬于電力電子電磁干擾研究領域，具體為一種基于GaN反向過沖效應的電磁干擾預測解析模型及其建立方法。

背景技術

近年來，由于電力電子器件的快速發展，其快速的開通和關斷過程帶來了嚴重的電磁干擾問題。而且事實證明，基于寬帶隙(WBG)的半導體開關器件，例如碳化硅(SiC)MOSFET和氮化鎵(GaN)高電子遷移率晶體管(HEMT)，其性能優于最新的Si技術就低損耗和高溫性能而言。它們被認為是汽車，航空航天和工業應用中高性能和高功率密度電機驅動器的關鍵促成因素。WBG設備的短開關轉換通常5ns至20ns的范圍內，可顯著減少開關事件期間的能量損耗，但同時也引起人們對電磁干擾(EMI)增大的擔憂。

一般來說，分析電磁干擾的方法主要是通過LISN網絡進行測量。其中測量的電磁干擾可以分成共模(CM)和差模(DM)兩類。然而，測量的過程非常繁瑣和復雜，而且一旦產品不能滿足電磁干擾的標準，這會帶來巨大的經濟損失。因此，在產品設計階段預測電磁干擾的產生變得非常重要。在傳統的預測方法中，都是根據系統中的電流來進行預測，計算或仿真每一種拓撲的電流也需要耗費很長的時間。

發明內容

為克服上述缺點，本發明提出了一種考慮了GaN反向過沖效應，計算精度高，模型更加真實，符合實際情況的的等效開關電壓波形及其電磁干擾頻譜包絡線預測算法。

本發明是通過以下技術方案來實現：

首先根據以上所述的考慮反向過沖效應的電磁干擾預測算法建立電磁干擾預測解析模型，然后結合數學計算工具得到電力電子器件開關過程中產生的電磁干擾。

基于密勒平臺效應的電磁干擾頻譜包絡線預測算法的解析式表達式如下：

其中，

V為漏源電壓最大幅值、V₁和V₂分別為為器件關斷和開通過程的第一段電壓，V₃為GaN反向過沖電壓幅值，f_s為開關頻率，f為頻率，t_r1、t_r2分別對應器件關斷過程中的第一、二段上升時間，t_f1、t_f2分別對應器件導通時的第一、二段下降時間，t_m1、t_m2分別對應GaN器件反向過沖的下降和上升時間；f_c1、f_c2、f_c3、f_c4分別表示第一、第二、第三、第四轉角頻率。

本發明一種考慮GaN反向過沖效應的電磁干擾預測算法的建立方法，包括如下步驟：

步驟1.GaN晶體管導通時，柵源極短接，反向電流對柵漏電容C_gd反向充電，直到柵漏極電壓達到負的閾值電壓V_th，計算GaN器件反向導通時間。

步驟2.一段時間內，器件保持反向電壓保持不變，而后器件導通，漏源電壓增大，柵漏電容C_gd放電，直到漏源電壓達到0，計算GaN器件反向關斷時間。