[发明专利]一种基于双脉冲测试平台的碳化硅MOSFET的建模方法

说明书

本发明提出一种基于双脉冲测试平台的碳化硅MOSFET的建模方法，对传统开关模型进行改进，获得简单精确的开关行为模型，以满足对器件特性进行仿真分析过程中的精确度需求和计算速度的需求。包括如下步骤：（1）搭建双脉冲测试平台；（2）理想状态下碳化硅MOSFET开关过程分析，建立理想状态下的状态空间方程；（3）非理想状态下碳化硅MOSFET开关过程分析，建立非理想状态下的状态空间方程；（4）采用状态变量的差商代替微商的方法对状态方程进行离散化；（5）在MATLAB\simulink中实现模型。通过该建模方法能够建立既简单又精确的碳化硅MOSFET仿真模型，并且建模方法具有通用性。

技术领域

本发明属于碳化硅MOSFET 器件的技术领域，具体涉及一种基于双脉冲测试平台的碳化硅MOSFET的建模方法。

背景技术

与 Si 相比，碳化硅( SiC) 有着宽禁带、高热导率、高击穿电场等优点，在高压、高温、高效率及高功率密度等场合有着广阔的应用前景。

目前根据建立碳化硅MOSFET模型所使用的方法，可以将现有的MOSFET模型分为五个不同的类型：数值模型、半数值模型、物理模型、半物理模型和行为模型。相对于其他模型，行为模型不需要考虑器件内部的物理关系，并且行为模型通常使用的是数学拟合方法来实现。行为模型的相关的参数一般没有直接的物理意义。而行为模型具有简单并且耗时较少的优点，但现有的行为模型的精确度不够高。现有的碳化硅MOSFET模型或者过于复杂，计算时间长，或者模型不够精确，不利于器件性能评估以及系统设计和功率转换器行为预测，使得碳化硅 MOSFET 应用开发的周期过长。

现有模型考虑了在开关回路中的寄生电感和非线性电容，但是没有考虑到碳化硅MOSFET开关门极回路中的栅极电流 Ig对功率回路的影响和沟道电流Ich的非线性特性。因此现有模型的精确度是不够的，不利于开关特性的分析。

发明内容

本发明的目的旨在解决上述缺陷。

为此，本发明的目的在于提出一种基于双脉冲测试平台的碳化硅MOSFET的建模方法，在充分考虑寄生参数与沟道电流的非线性特性的前提下，建立一个简单精确的碳化硅MOSFET模型。该方法包括如下步骤：

（1）搭建双脉冲测试平台；

（2）理想状态下碳化硅MOSFET开关过程分析，建立理想状态下的状态空间方程。

（3）非理想状态下碳化硅MOSFET开关过程分析，建立非理想状态下的状态空间方程。

（4）采用状态变量的差商代替微商的方法对状态方程进行离散化。

（5）在MATLAB\simulink中实现模型。

其中步骤（2）开关过程分析包括：开通延时阶段、电流上升阶段、电压下降阶段、栅源极电压上升阶段、关断延迟阶段、电压上升阶段、电流下降阶段和栅源极电压下降阶段。

其中步骤（3）开关通断过程分析包括：碳化硅MOSFET开通过程分析、碳化硅MOSFET关断过程分析以及非线性电容建模。

附图说明

图1为一种基于双脉冲测试平台的碳化硅MOSFET建模方法的流程图；

图2为一种基于双脉冲测试平台的碳化硅MOSFET建模方法的非理想状态下双脉冲测试原理图；

图3为寄生电感电容对 MOSFET 开关波形的影响；

图4为碳化硅MOSFET 开通过程的状态电路分析图；

图5为碳化硅MOSFET 关断过程的状态电路分析图；

图6为Rg=15Ω时，碳化硅MOSFET开通过程实验和模型的对比；