[发明专利]一种用于碳化硅MOSFET开关瞬态过程频域分析的脉冲分解方法

说明书

本发明公开了一种用于碳化硅MOSFET开关瞬态过程频域分析的脉冲分解方法，首先将碳化硅MOSFET开关瞬态过程的电磁脉冲分解为标准脉冲、调制脉冲、死区‑延迟脉冲、上升‑下降脉冲和振荡脉冲五个基本脉冲的组合，然后利用傅立叶分解的线性性质，得到碳化硅MOSFET开关瞬态过程电磁脉冲的频域解析表达式，从而为研究碳化硅MOSFET开关瞬态过程的频域特性提供了一种分析方法。本发明所述脉冲分解方法，解决了碳化硅MOSFET开关瞬态过程机理和数学形式复杂、难以进行频域分析的问题。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种用于碳化硅MOSFET开关瞬态过程频域分析的脉冲分解方法。

背景技术

电力电子技术的基本原理是通过信号流控制能量流。近些年，随着宽禁带半导体技术的发展，碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)被广泛应用于电力电子系统中。这些系统通过门极驱动器将电磁脉冲从信号脉冲传输到相应的功率脉冲。控制脉冲(信号脉冲)代表所需的控制信息，而功率脉冲(电磁能量脉冲)是能量转换中跟随控制信息的实际执行机构。在理想的脉冲宽度调制(PWM)控制策略下，电力电子系统可以很好地实现功率控制。然而，尽管功率半导体技术不断发展，非理想的开关瞬态仍然不可避免，且寄生元件总是存在于栅极驱动电路和功率电路中。在从控制脉冲到功率脉冲的传输期间，这些非理想因素都会导致延迟和失真。

脉冲传输过程中存在的延迟和失真会导致功率脉冲波形偏离原来的期望控制，从而对器件和系统的性能造成严重的挑战。例如，瞬态电压尖峰导致半导体器件的击穿，瞬态电流尖峰和开关损耗导致系统过热，器件的门极振荡导致不稳定和串扰问题，死区时间加剧输出失真和波形畸变。为了应对这些挑战，有必要对电磁脉冲的传递规律进行深入分析。然而，碳化硅MOSFET电磁能量脉冲的开关瞬态过程非常复杂，包含复杂的载流子运动机理，导致难以用简单的数学形式对其进行描述。因此，目前对碳化硅MOSFET的频域分析技术，基本采用理想脉冲假设，最多考虑了死区时间的影响(参见F.Chierchie,L.Stefanazzi,E.E.Paolini and A.R.Oliva,“Frequency Analysis of PWM Inverters With Dead-Timefor Arbitrary Modulating Signals,”IEEE Transactions on Power Electronics,vol.29,no.6,pp.2850-2860,June2014.)。尚无相关技术能够对包含瞬态过程的碳化硅MOSFET电磁能量脉冲进行频域分析，得到电磁脉冲在频域的解析表达式。

发明目的

本发明的目的即在于应对现有技术的不足。通过提出一种用于碳化硅MOSFET开关瞬态过程频域分析的脉冲分解方法，以解决现有技术中碳化硅MOSFET开关瞬态过程机理和数学形式复杂、难以进行频域分析的问题。

发明内容

本发明公开了一种用于碳化硅MOSFET开关瞬态过程频域分析的脉冲分解方法，包括以下步骤：

步骤1.将碳化硅MOSFET开关瞬态过程的电磁脉冲分解为标准脉冲、调制脉冲、死区-延迟脉冲、上升-下降脉冲和振荡脉冲五个基本脉冲的组合；

步骤2.利用傅立叶分解，得到碳化硅MOSFET开关瞬态过程电磁脉冲的频域解析表达式。

优选地,步骤1中所述标准脉冲是占空比为50％的方波脉冲；所述调制脉冲是占空比对应于脉冲宽度调制PWM占空比的方波脉冲；所述死区-延迟脉冲是表征电磁脉冲相对控制脉冲延迟关系的方波脉冲；所述上升-下降脉冲是表征电磁脉冲上升沿和下降沿持续时间的三角波脉冲；所述振荡脉冲是表征电磁脉冲振荡行为的衰减正弦脉冲，即所述电磁脉冲被分解为如式(1)所示：

v_leg,TE(t)＝p_c,TE(t)+p_s,TE(t)-e_1,TE(t)-e_2,TE(t)-e_3,TE(t) (1)，