[发明专利]一种基于双脉冲测试的碳化硅MOSFET关断过程建模方法

权利要求书

1.一种基于双脉冲测试的碳化硅MOSFET关断过程的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、搭建基于SiC MOSFET的双脉冲测试电路；

S2、基于所述SiC MOSFET关断过程中的各中间模态，建立各中间过程的等效电路；

S3、基于各中间过程的等效电路，建立关断过程的状态空间方程组；

S4、对所建立的微分方程组进行求解，从而得出基于SiC MOSFET的双脉冲测试电路的关断过程模型；

步骤S2中，所述建立各中间过程的等效电路具体包括：

对于SiC二极管，其等效电路是一个理想二极管D与一个寄生电容C_D进行并联，其中电容C_D存在等效串联电阻R_D，贡献高频振荡衰减过程中的阻尼；SiC二极管具有两种工作模态：续流状态与关断状态，SiC二极管在续流状态时为一个理想二极管，在关断状态时视为一个带寄生电阻的非线性电容；

对于SiC MOSFET，其等效电路包括理想MOSFET、寄生电容C_ds、C_gs、C_gd以及栅极内电阻R_int，C_ds存在等效串联电阻R_MC，R_MC与C_ds串联后连接在理想MOSFET的D极与S极之间，C_gd与C_gs串联后连接在理想MOSFET的D极与S极之间，R_int的一端连接在C_gd与C_gs之间；SiC MOSFET具有三种工作模态：关断状态，受控电流源状态以及导通状态，在关断状态时，理想MOSFET的D极与S极之间等效为断开，在受控电流源状态时，理想MOSFET的D极至S极之间等效为连接电流源，在导通状态时，理想MOSFET的D极至S极之间等效连接漏源电阻R_ds；

步骤S3具体包括将SiC MOSFET关断过程分为4个阶段，以栅源电压V_gs、栅极电流I_g、漏源电压V_ds、漏极电压I_d、漏源极电容电流I_MC、二极管电容等效电压V’_D作为状态变量，建立关断过程的状态空间方程组：

阶段1：在此阶段，SiC MOSFET工作在导通状态，SiC二极管工作在关断状态，时间t由时间t₀开始驱动电压V_dr由高电平变为低电平，栅源电压V_gs开始下降，此阶段1的状态方程为：

当V_gs下降到密勒电压V_mil时，阶段1结束，关断过程进入阶段2；

阶段2：当栅源电压V_gs达到密勒电压V_mil后，SiC MOSFET变成由栅源电压V_gs控制的电流源，SiC二极管依旧保持关断状态；在这一阶段，栅源电压V_gs进一步下降，因此沟道电流I_ch和漏极电流I_d下降，SiC MOSFET漏源极电压V_ds上升；当V_D-V_F的时间早于V_gsV_th时，关断过程进入3-1阶段，其中V_th为MOSFET栅极阈值电压，V_D为SiC二极管电压；若V_gsV_th早于V_D-V_F，则关断过程进入3-2阶段，此阶段2的状态方程为：

阶段3包含阶段3-1和阶段3-2；

阶段3-1：当V_D到达SiC二极管的反向导通电压-V_F时，SiC二极管进入续流状态，同时SiCMOSFET保持可控电流源状态，在这一过程中，I_d和I_ch加速下降，V_gs继续下降，V_ds进入过压与震荡阶段，当V_gs达到V_th时，关断过程进入第4阶段，此阶段3-1的状态方程为：

阶段3-2：当V_gs率先达到V_th时，SiC MOSFET的沟道关断，与此同时SiC二极管还没开始续流，因此SiC MOSFET和SiC二极管均工作在电容状态，此过程中I_ch已经降低到0，漏极电流I_d继续下降，I_d流经结电容并对结电容进行充电，V_ds继续上升，当V_D达到-V_F时，关断过程进入第4阶段，此阶段3-2的状态方程为：

阶段4，关断过程到达此阶段时，SiC MOSFET沟道已关断，SiC二极管达到续流状态，在此阶段电压电流将出现震荡并逐渐衰减，V_gs持续降低，当各电压电流量达到稳定时，关断过程结束，此阶段4的状态方程为：

其中，L_c为SiC二极管的阴极电感，L_g为驱动回路电感，外接驱动电阻为R_g，R_int为栅极内部电阻，R_l为回路等效电阻，V_DC为直流电压，V_dr为驱动电压，I_L为电感电流，L_t为功率回路寄生电感之和。