[发明专利]SiC MOSFET非线性器件的等效电路模型及方法

说明书

本发明公开了一种SiC MOSFET非线性器件的等效电路模型及方法，将SiC MOSFET的栅漏电容C_GD等效为主回路和受主回路控制选择连通的恒容支路和变容支路；主回路上串联恒值电容C₀、检测主回路电流的零值电压源E_C和栅漏电压V_GD等效的电压源；恒容支路和变容支路上分别设置一由栅漏电压V_GD控制的压控开关，其中，恒容支路上的第二压控开关与SiC MOSFET的氧化层电容C_oxd串联，第一压控开关与电压控电流源G_C串联。采用本发明，使原本在Simulink中不易实现的功率器件的非线性电容特性得以表征，拟合方式简单，避免了对栅漏电容物理层面的研究，与同类模型相比具有普适性，准确度高。

技术领域

本发明涉及一种SiC MOSFET非线性器件的等效电路模型及方法，属于半导体技术领域。

背景技术

近年来功率半导体得到了很大的发展，在现今的电力电子器件中，MOSFET由于具有驱动简单、开关速度快等优点而备受青睐。SiC材料问世以后，随着工艺水平的提升，SiCMOSFET拥有了更强的耐压能力、更快的开关速度和更高的耐热能力。在设计电力电子器件及其产品的过程中，非线性问题对系统的稳定性具有十分重要的意义，从而在建立电力电子器件的电路模型时需要仔细考虑非线性特性的影响。MOSFET的非线性特性主要由栅漏电容C_GD及漏源电容C_DS决定，它们的存在影响着MOS器件的动态特性。在这2个寄生电容中，栅漏电容C_GD具有最强的非线性，是构建MOSFET开关模型的关键。

MOSFET的寄生电容由耗尽层电容与氧化物层电容构成，其中耗尽层电容依赖于偏置电压，氧化物层电容不依赖偏置电压。寄生电容间电压变化速度直接影响其开关速度与频率，决定了其开关性能，在电路应用中尤为重要。由于栅源电容C_GS的容值不跟随V_GS的变化而产生明显的数值变化，所以C_GS为常数；由于MOSFET的耗尽层的宽度与电压息息相关，栅漏电容C_GD与漏源电容C_DS的容值与加在对应两端的电压有明显的跟随关系，其中C_GD是由输入和输出之间的反馈路径产生的寄生电容，所以其可能会对模型产生更加复杂的影响。

发明内容

发明目的：本发明主要对MOSFET模型中非线性元件的等效电路建模进行研究，提出一种电压控制电流源型Simulink电路仿真模型，以精确仿真MOSFET的开关特性，通过验证证明了模型的准确性。

技术方案：

一种SiC MOSFET非线性器件的等效电路模型，

将SiC MOSFET的栅漏电容C_GD等效为主回路和受主回路控制选择连通的恒容支路和变容支路；

主回路上串联恒值电容C₀、检测主回路电流的零值电压源E_C和栅漏电压V_GD等效的电压源；

恒容支路和变容支路上分别设置一由栅漏电压V_GD控制的压控开关，其中，恒容支路上的第二压控开关与SiC MOSFET的氧化层电容C_oxd串联，第一压控开关与电压控制电流源G_C串联。

进一步地，栅漏电压V_GD0时，第二压控开关闭合，栅漏电容C_GD的容值为氧化层电容C_oxd；

栅漏电压V_GD0时，第一压控开关闭合，栅漏电容C_GD的容值用电压控电流源G_C表示。