[發明專利]一種并聯SiC MOSFET安全工作域計算方法

有效

• 申請號: 202110727256.2
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113381599B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 丁四寶;邱嘉暉;王盼寶;舒欣;王衛;徐殿國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;國網湖北省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02H7/20
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

1.一種并聯SiC MOSFET安全工作域計算方法，其特征在于，所述計算方法包括以下步驟：

步驟1：確定MOSFET的安全工作域，安全工作域由導通電阻限制線R_DSon、連續漏源極電流I_M、功率損耗限制邊界P_M和最大漏源極擊穿電壓V_DSS四條邊界線組成；

步驟2：計算步驟1的導通電阻限制線R_DSon；

步驟3：通過最大耗散功率P_D和導通電阻限制線R_DSon計算步驟1的連續漏源極電流I_M；

步驟4：基于步驟1到3，結合電流寄生電感確定并聯結構SiC MOSFET的安全工作域；

所述步驟1中導通電阻限制線R_DSon表示為，

R_Dson＝U_DS/I_ds (1)

連續漏源極電流I_M為器件最大持續電流，依靠最大耗散功率P_D和導通電阻限制線R_DSon進行計算：

其中P_D是器件封裝最大耗散功率，一旦器件的熱功率超過P_D直接造成器件熱失效；耗散功率P_D由器件最大結溫T_jmax和熱阻R_θjc計算：

所述步驟4具體為，由并聯SiC MOSFET電流、寄生電感和電壓的關系與不均衡電流的差異，得到并聯電流差異和寄生電感差異之間關系，可知整個導通過程的均流差異不僅和寄生電感差異有關，也伴隨著實際負載電流的動態變化；

對并聯SiC MOSFET電流為i₁(t)和i₂(t)，設其關系為i₁(t)＝i₂(t)+Δi(t)，在其導通階段，并聯電流主要受到寄生電感影響，根據電壓關系：

其中L_P和ΔL_P分別表示并聯支路中的寄生電感和兩支路中寄生電感差異，R_DSon為導通電阻限制線，代入并聯支路電流關系有：

代入并聯均流電流i(t)和不均衡電流i₂(t)的關系，則不均衡電流差異微分方程可以表示為：

求解微分方程，得到并聯電流差異和寄生電感差異之間關系為：

寄生電感導致的并聯支路中電流差異伴隨著導通階段中的電流差異，t_d為開通階段的電流上升持續時間，Δi(t_d)表示開通階段并聯電流差異；整個導通過程的均流差異不僅和寄生電感差異ΔL_P有關，也伴隨著實際負載電流的動態變化；

在并聯支路寄生電感均為L_P下，并聯的SiC MOSFET實現完全均流，支路電流為i(t)，為保證SiC MOSFET安全動作，其關斷瞬態電壓尖峰ΔU_{DS_peak}需要滿足：

式中t_f表示SiC MOSFET的電流下降時間，D表示開關頻率下占空比，T_S表示開關周期時間；U_dc表示SiC MOSFET應用母線電壓；當并聯支路存在有寄生電感差異ΔL_P導致的Δi(t)時，并聯SiC MOSFET的關斷瞬態電壓尖峰為：

考慮電流差異公式(6)和并聯支路間關系2i(t)＝2i₂(t)+Δi(t)，則關斷瞬態電壓差異為：

相比于并聯均流下，由于寄生電感差異導致的并聯支路電流差異，會造成并聯SiCMOSFET的關斷瞬態電壓尖峰有所增加；

對于并聯SiC MOSFET器件，在并聯支路對稱時，支路電流分布均衡下的SiC MOSFET實際安全工作域中的導通電阻限制線R_DSon和最大持續電流I_M限制線都通過公式(1)和(2)計算得到；

最大擊穿電壓限制線需考慮由于支路寄生電感導致的關斷電壓電壓尖峰，即滿足公式(7)；

最大電壓縮減ΔU通過公式(9)計算得到；

最大漏源極電流縮減量通過公式(11)得到，