[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

一種碳化硅MOSFET開通延時計算方法，包括碳化硅MOSFET開關暫態分析等效電路，包括：u_gs達到閾值電壓V_th前，列寫驅動回路KVL方程和KCL方程；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；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，得到此階段u_gs表達式；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；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；求得t_b與t_a之間的差值，即為開通延時t_d(on)。

技術領域

本發明涉及一種計算方法，尤其是涉及一種碳化硅MOSFET開通延時計算方法及其應用。

背景技術

碳化硅半導體器件在電力電子技術領域一直占據著重要地位。相比傳統的硅基器件，碳化硅MOSFET具有可耐受更高溫度和電壓等級，導通損耗更低和開關速度更快等一系列優勢。電壓等級為600V至1700V的碳化硅MOSFET已經在可再生能源發電、軌道交通、電動汽車等諸多工業領域具有廣泛應用。隨著功率半導體生產工藝、封裝技術的不斷改進，開關器件逐步向高頻化方向發展。高頻化會不可避免地在系統中產生了高幅值的高頻電壓和電流振蕩，帶來負面影響。為了減輕這些負面情況帶來的影響，需要分析驅動回路參數如驅動電阻、寄生參數對開關特性的影響，從而進行優化。開通延時是器件開關特性中非常重要的參數，包含R_g、L_g等外電路參數和C_gd、C_gs等器件參數，反映了實際工況。現有的開通延時計算方法均為計算柵源電壓從驅動負壓上升至閾值電壓所需的時間，這與IEC標準中開通延時的提取標準不符，導致理論建模與實驗數據無法對比。因此，IEC標準下的碳化硅MOSFET開通延時計算方法尚缺。除此之外，現有的開通延時計算方法中建立的開通暫態過程模型，驅動電壓被認定為理想突變狀態，而在實際工況中，驅動電壓需要一定延遲時間才能從驅動負壓上升至驅動正壓，因此現有開通暫態過程的建模不夠準確，亟待修正。

發明內容

針對一種碳化硅MOSFET開通延時計算方法及其應用缺失的現狀，本發明提出了一種器件開通瞬態過程中，符合IEC標準的碳化硅MOSFET開通延時計算方法；通過對器件開通暫態過程的建模，獲得器件開通過程中的開通延時表達式。

一種碳化硅MOSFET開通延時計算方法及其應用，其特征為：包括如下步驟：

步驟一：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：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；