[发明专利]一种碳化硅MOSFET开通延时计算方法及其应用

说明书

一种碳化硅MOSFET开通延时计算方法，包括碳化硅MOSFET开关暂态分析等效电路，包括：u_gs达到阈值电压V_th前，列写驱动回路KVL方程和KCL方程；按照IEC标准，当u_gs大小为10％的驱动正压V_GH时，时间t的值为开通延时的起点t_a；u_gs达到阈值电压V_th后，列写驱动回路KCL方程、KVL方程，将i_d与u_gs建模为线性关系，得到此阶段u_gs表达式；利用饱和电流表达式修正i_d，求导得到电流变化率，根据主功率回路KVL方程，求得u_ds的表达式；按照IEC标准，当u_ds达到到90％的负载电压V_DD时，时间t的值为开通延时的终点t_b；求得t_b与t_a之间的差值，即为开通延时t_d(on)。

技术领域

本发明涉及一种计算方法，尤其是涉及一种碳化硅MOSFET开通延时计算方法及其应用。

背景技术

碳化硅半导体器件在电力电子技术领域一直占据着重要地位。相比传统的硅基器件，碳化硅MOSFET具有可耐受更高温度和电压等级，导通损耗更低和开关速度更快等一系列优势。电压等级为600V至1700V的碳化硅MOSFET已经在可再生能源发电、轨道交通、电动汽车等诸多工业领域具有广泛应用。随着功率半导体生产工艺、封装技术的不断改进，开关器件逐步向高频化方向发展。高频化会不可避免地在系统中产生了高幅值的高频电压和电流振荡，带来负面影响。为了减轻这些负面情况带来的影响，需要分析驱动回路参数如驱动电阻、寄生参数对开关特性的影响，从而进行优化。开通延时是器件开关特性中非常重要的参数，包含R_g、L_g等外电路参数和C_gd、C_gs等器件参数，反映了实际工况。现有的开通延时计算方法均为计算栅源电压从驱动负压上升至阈值电压所需的时间，这与IEC标准中开通延时的提取标准不符，导致理论建模与实验数据无法对比。因此，IEC标准下的碳化硅MOSFET开通延时计算方法尚缺。除此之外，现有的开通延时计算方法中建立的开通暂态过程模型，驱动电压被认定为理想突变状态，而在实际工况中，驱动电压需要一定延迟时间才能从驱动负压上升至驱动正压，因此现有开通暂态过程的建模不够准确，亟待修正。

发明内容

针对一种碳化硅MOSFET开通延时计算方法及其应用缺失的现状，本发明提出了一种器件开通瞬态过程中，符合IEC标准的碳化硅MOSFET开通延时计算方法；通过对器件开通暂态过程的建模，获得器件开通过程中的开通延时表达式。

一种碳化硅MOSFET开通延时计算方法及其应用，其特征为：包括如下步骤：

步骤一：u_gs达到阈值电压V_th前，考虑驱动电压上升延迟时间，列写驱动回路KVL方程和KCL方程，联立求解后得到此阶段u_gs表达式；

步骤二：当u_gs大小为10％的驱动正压V_GH时，时间t的值为开通延时的起点t_a；

步骤三：u_gs达到阈值电压V_th后，列写驱动回路KCL方程、KVL方程，将i_d与u_gs建模为线性关系，联立求解后得到此阶段u_gs表达式；

步骤四：利用饱和电流表达式修正i_d，求导得到电流变化率，根据主功率回路KVL方程，求得u_ds的表达式；