[發明專利]一種碳化硅MOSFET開通延時計算方法及其應用

在審

• 申請號: 202210254942.7
• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN114548013A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 徐子珂;蔡雨萌;張陽;孫鵬;趙志斌;曹博源;王爽
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;國網上海市電力公司
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367
• 代理公司: 北京君有知識產權代理事務所(普通合伙) 11630
• 代理人: 焦麗雅

1.一種碳化硅MOSFET開通延時計算方法，其特征為：包括如下步驟：

步驟一：在u_gs達到閾值電壓V_th前，考慮驅動電壓上升延遲時間，列寫驅動回路KVL方程和KCL方程，聯立求解后得到此階段u_gs表達式；

步驟二：按照IEC標準，當u_gs大小為10％的驅動正壓V_GH時，時間t的值為開通延時的起點t_a；

步驟三：u_gs達到閾值電壓V_th后，列寫驅動回路KCL方程、KVL方程，將i_d與u_gs建模為線性關系，聯立求解后得到此階段u_gs表達式；

步驟四：利用飽和電流表達式修正i_d，求導得到電流變化率，根據主功率回路KVL方程，求得u_ds的表達式；

步驟五：按照IEC標準，當u_ds達到到90％的負載電壓V_DD時，時間t的值為開通延時的終點t_b；

步驟六：求得t_b與t_a之間的差值，即為開通延時t_d(on)；

上述步驟一到六的計算過程，應用于碳化硅MOSFET開關暫態分析等效電路；該等效回路包括：Q₁器件為碳化硅MOSFET，R_g、L_g、L_d和L_s分別為驅動電阻、柵極寄生電感、漏極寄生電感和共源極寄生電感；C_gd、C_gs和C_ds分別為器件的柵漏極寄生電容、柵源極寄生電容和漏源極寄生電容；C_bus為母線電容；L_p為負載電感；SBD為肖特基二極管；V_DD為母線電壓；柵壓源輸出高電平為V_GH、低電平為-V_EE的脈沖驅動電壓U_G。u_gs表示Q₁的柵源電壓，i_d表示Q₁的漏電流，u_ds表示Q₁的漏源電壓；在此基礎上，所述驅動回路結構為：依次連接的驅動電壓源U_G，驅動電阻R_g，柵極寄生電感L_g，寄生電感L_g的另一端與Q₁的柵極相連，并且依次同柵源極寄生電容C_gs，共源極寄生電感L_s相連；所述主功率回路結構為：依次連接的Q₁的源極，共源極寄生電感L_s，肖特基二極管SBD，負載電感L_p，漏極寄生電感L_d和Q₁的源極。

2.根據權利要求1所述的一種碳化硅MOSFET開通延時計算方法，其特征為：所述步驟一進一步包括如下內容：

從u_gs達到閾值電壓V_th前，Q₁溝道未開啟，柵壓源給C_gd和C_gs充電。由于驅動電壓的上升并非理想中的突變，從-V_EE線性上升至V_GH，須經過延遲時間c，因此，將驅動電壓與時間建模為線性關系；列寫權利要求1中的驅動回路KVL方程和KCL方程：

聯立式(1)和式(2)可得：

其中以t₀為開始時刻，t₁為Q₁開始導通時刻，c為驅動電壓上升延遲時間，τ₀＝R_g(C_gs+C_gd)，同時求得u_gs(t₁)＝V_th為步驟三的初始值。