[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

说明书

本发明提供了一种基于双脉冲测试的SiC MOSFET关断过程建模方法，包括如下步骤：搭建基于SiC MOSFET的双脉冲测试电路；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；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；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。本发明在传统关断模型的基础上提出了一种新的中间模态，能够用于分析极低损耗的关断过程；同时本模型充分考虑了回路中寄生参数以及SiC器件本身的非线性参数，保证了很高的计算精度。

技术领域

本发明涉及碳化硅(SiC)MOSFET器件技术领域，尤其涉及一种基于双脉冲测试的碳化硅MOSFET关断过程建模方法。

背景技术

SiC器件作为新型功率半导体，相比传统的硅(Si)基功率半导体具有宽禁带，高击穿场强，高导热率，高开关速度，低开关损耗等优势，具有广阔的应用场景。最新的研究指出，SiC MOSFET在特定条件先甚至能实现接近零的极低关断损耗。然而，现有的SiC MOSFET关断模型没有考虑能实现极低关断损耗的模态，无法正常计算这一模态下的关断过程。因此，建立能兼容极低关断损耗现象的SiC器件关断模型具有重要意义。

目前SiC MOSFET的开关模型主要可以分为三类：物理模型，行为模型和解析模型。物理模型基于半导体物理理论，有助于理解器件内部的物理过程，但物理模型通常过于复杂，而且难以考虑外部的电路参数。行为模型被广泛应用于仿真软件，但这种模型难以直观解释开关过程中各阶段的物理意义。解析模型通常将开关过程分为若干阶段，再用分段线性的方法对各阶段进行近似计算。解析模型没有考虑SiC器件电容和转移特性曲线的非线性，计算精度有限。

除此之外，最新的研究显示，在小电流或者小驱动电阻的情况下，SiC MOSFET的关断过程会存在一个特殊的中间过程，从而实现极低的关断损耗。现有的SiC MOSFET模型缺少这一特殊的中间过程，因而难以分析和预测这一情况下的极低损耗关断现象。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的基于双脉冲测试的碳化硅MOSFET关断过程建模方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于双脉冲测试的SiCMOSFET关断过程建模方法：

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。

本发明在传统关断模型的基础上提出了一种新的中间模态，能够用于分析极低损耗的关断过程；同时本模型充分考虑了回路中寄生参数(包括SiC MOSFET的非线性电容，非线性转移特性曲线以及SiC二极管的非线性电容)以及SiC器件本身的非线性参数，保证了很高的计算精度。

附图说明

图1为本发明中SiC二极管及其各模态等效电路；

图2为本发明中SiC MOSFET及其各模态等效电路；

图3为SiC MOSFET双脉冲测试平台电路原理图；

图4为本发明中关断过程的两种不同情况下的波形示意图；

图5为本发明中SiC器件关断各中间过程的等效电路以及判定条件；

图6为本发明中SiC器件关断模型在MATLAB中求解的程序流程图；

图7为通常关断情况下实验波形与本发明所提出建模方法计算结果的对比；