SiC MOSFET串扰电压的计算、寄生参数提取和驱动参数整定方法技术

本发明专利技术公开SiC MOSFET串扰电压的计算、寄生参数提取和驱动参数整定方法，属于宽禁带半导体器件驱动技术领域。本发明专利技术所构思的技术方案，简化了考虑共源电感的SiC MOSFET串扰电压模型，并将其与实际串扰电压抑制方法结合，通过优化求解的方法找到串扰电压抑制效果最好的驱动回路集中参数组合，大大减少了硬件调试阶段因反复更换元件进行双脉冲测试所消耗的时间与器件，提高硬件设计效率，简化参数整定流程。

【技术实现步骤摘要】
SiCMOSFET串扰电压的计算、寄生参数提取和驱动参数整定方法
本专利技术属于宽禁带半导体器件驱动
，更具体地，涉及SiCMOSFET串扰电压的计算、寄生参数提取和驱动参数整定方法。
技术介绍
SiCMOSFET为第三代宽禁带半导体的代表性器件，因其高速开关能力、低导通损耗、高结温、高耐压等特点得到广泛应用。但由于SiCMOSFET作为动作器件高速切换，器件封装与设计限制引入的寄生参数流过高频信号，将在电路中引入较大阻抗，对器件特性有明显影响。在桥臂电路中，动作器件会在关断器件栅源极上引入串扰电压，串扰电压正向峰值可能导致功率器件误开通，导致桥臂直通；串扰电压负向峰值可能超过功率器件安全耐压，导致器件损坏。桥臂串扰问题是SiCMOSFET应用研究的热点和难点。目前主要的串扰电压抑制方法是调整SiCMOSFET驱动回路中的集中参数大小，包括外部栅源极电容值与外部栅极电阻值。增大外部并联栅源极电容值可以有效抑制电压尖峰，但会增大开关管的动作时间，降低开关速度。由于驱动回路中共源电感的存在，外部栅极电阻值与串扰电压尖峰值并非单一相关性，单调增加或减小阻值可能会使串扰波形恶化。驱动回路集中参数的调整需要兼顾功率管内部栅漏电容的充放电位移电流与共源电感引入的感应电压，因而存在某一抑制串扰电压的最优解。现阶段已有一些SiCMOSFET串扰电压模型的研究，但其往往不考虑共源电感，或提出模型复杂、涉及较多参数、难以应用于工程实践，以致现阶段驱动回路集中参数尚没有直接整定方法，仍需要重复测试、多次调整，耗费时间与器件。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了SiCMOSFET串扰电压的计算、寄生参数提取和驱动参数整定方法，其目的在于利用简化串扰电压模型，解决现阶段SiCMOSFET驱动回路集中参数整定过程繁琐复杂且无理论指导的不足，直接通过优化求解得到串扰电压抑制效果最好的集中参数组合，节省调试时间与元件消耗。为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种SiCMOSFET串扰电压的计算方法，计算公式如下：其中，Vgs表示栅源电压，Voff表示驱动关断电压；A、B、C、D、E为中间参数，t表示时间，Ls表示共源电感，Cgd表示栅漏电容，is表示源极电流，Vds表示漏源电压，Rg_ex表示外部栅极电阻，Rg_in表示内部栅级电阻，Cgs_ex表示外部栅源电容，Cgs_in表示内部栅源电容，Vgs表示串扰电压Vgs初值。有益效果：本专利技术通过分析串扰电压产生原因并据此建立包含共源电感的简化受串扰驱动回路电路模型，最后由电路原理得到串扰电压数学表达式，由于综合考虑了串扰电压来源与电路寄生参数，从而实现了用简洁数学模型结合实际电路测量数据对串扰电压进行高效拟合的效果。为实现上述目的，按照本专利技术的第二方面，提供了一种SiCMOSFET驱动回路寄生参数的提取方法，所述SiCMOSFET串扰电压采用如第一方面所述的计算方法，该提取方法包括：(S1)记录双脉冲测试过程中SiCMOSFET半桥双脉冲测试电路中受串扰管的漏源电压、源极电流与栅源电压、动作管的栅源电压；(S2)从动作管关断阶段中选取受串扰管漏源电压开始下降时刻至下降到SiCMOSFET体二极管导通电压的时刻作为第四阶段，选取受串扰管漏源电压下降到SiCMOSFET体二极管导通电压的时刻至受串扰管源极电流下降到负向额定电流的时刻作为第五阶段；并计算各个阶段受串扰管的漏源电压变化率与源极电流变化率；(S3)放大驱动回路外部栅源电容与外部栅极电阻，使得能够忽略内部栅源电容与内部栅极电阻值对串扰电压的影响，重复双脉冲测试并获取第四阶段的漏源电压变化率、源极电流变化率、栅源电压与第五阶段的栅源电压及其变化率、源极电流变化率，代入第一方面所述计算公式，提取寄生参数驱动回路共源电感和受串扰管内部栅漏电容；(S4)缩小驱动回路外部栅源电容，使其能够体现内部栅源电容对串扰电压的影响，重复双脉冲测试并获取第四阶段或第五阶段的漏源电压变化率、源极电流变化率、栅源电压，将提取到的参数和寄生参数驱动回路共源电感和受串扰管内部栅漏电容，代入第一方面所述计算公式，计算寄生参数受串扰管内部栅源电容；(S5)缩小驱动回路外部栅极电阻，使其能够体现内部栅极电阻值对串扰电压的影响，重复双脉冲测试并获取第四阶段或第五阶段的漏源电压变化率、源极电流变化率、栅源电压，将提取到的参数和寄生参数驱动回路共源电感和受串扰管内部栅漏电容，代入第一方面所述计算公式，计算寄生参数受串扰管内部栅极电阻。有益效果：本专利技术在提出的串扰电压模型基础上进行延伸，巧妙利用受串扰管漏源电压与源极电流变化特点，只通过简单的双脉冲测试得到的数据便可获得驱动回路实际寄生参数值，且计算证明该方法获取的寄生参数值在进行串扰电压建模时具有较高拟合度。优选地，步骤(S3)中，放大待整定驱动回路外部栅源电容与外部栅极电阻值，使其满足外部栅源电容值大于10倍的数据手册提供的内部栅源电容值、外部栅极电阻值大于10倍的数据手册提供内部栅极电阻值，寄生参数Ls计算公式如下：寄生参数Cgd计算公式如下：有益效果：该计算公式为串扰电压模型忽略内部栅极电阻与内部栅源电容影响的变形，式中所有参数均为已知参数或可由双脉冲测试测量得到，相比现有寄生参数提取方法，本方法可以减少共源电感与SiCMOSFET内部栅漏电容提取所需步骤与数据，仅通过双脉冲测试数据便可获得当前SiCMOSFET应用环境下的实际寄生参数大小，并将其用于SiCMOSFET串扰电压建模等方面。优选地，步骤(S4)中，缩小待整定驱动回路外部栅源电容值使其近似等于数据手册中内部栅源电容值，寄生参数Cgs_in计算公式如下：有益效果：该计算公式为串扰电压模型忽略内部栅极电阻影响的变形，在已得共源电感、SiCMOSFET内部栅漏电容后，式中所有参数均为已知参数或可由双脉冲测试测量得到，相比现有寄生参数提取方法，本方法可以减少SiCMOSFET内部栅源电容提取所需步骤与数据，仅通过双脉冲测试数据便可获得当前SiCMOSFET应用环境下的实际寄生参数大小，并将其用于SiCMOSFET串扰电压建模等方面。优选地，步骤(S5)中缩小待整定驱动回路外部栅极电阻值使其近似等于数据手册中内部栅极电阻值，寄生参数Rg_in计算公式如下：有益效果：该计算公式为串扰电压模型的变形，在已得共源电感、SiCMOSFET内部栅漏电容、栅源电容后，式中所有参数均为已知参数或可由双脉冲测试测量得到，相比现有寄生参数提取方法，本方法可以减少SiCMOSFET内部栅极电阻提取所需步骤与数据，仅通过双脉冲测试数据便可获得当前SiCMOSFET应用环境下的实际寄生参数大小，并将其用于SiCMOSFET串扰电压建模等方面。为实现上述目的，按照本专利技术的第三方面，提供了一种SiCMOSFET串扰抑制驱动参数整定方法，所述SiCMOSFET串扰电压采用第一方面所述的计算方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC MOSFET串扰电压的计算方法，其特征在于，计算公式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种SiCMOSFET串扰电压的计算方法，其特征在于，计算公式如下：



其中，Vgs表示栅源电压，Voff表示驱动关断电压；A、B、C、D、E为中间参数，t表示时间，Ls表示共源电感，Cgd表示栅漏电容，is表示源极电流，Vds表示漏源电压，Rg_ex表示外部栅极电阻，Rg_in表示内部栅级电阻，Cgs_ex表示外部栅源电容，Cgs_in表示内部栅源电容，Vgs表示串扰电压Vgs初值。


2.一种SiCMOSFET驱动回路寄生参数的提取方法，其特征在于，所述SiCMOSFET串扰电压采用如权利要求1所述的计算方法，该提取方法包括：
(S1)记录双脉冲测试过程中SiCMOSFET半桥双脉冲测试电路中受串扰管的漏源电压、源极电流与栅源电压、动作管的栅源电压；
(S2)从动作管关断阶段中选取受串扰管漏源电压开始下降时刻至下降到SiCMOSFET体二极管导通电压的时刻作为第四阶段，选取受串扰管漏源电压下降到SiCMOSFET体二极管导通电压的时刻至受串扰管源极电流下降到负向额定电流的时刻作为第五阶段；并计算各个阶段受串扰管的漏源电压变化率与源极电流变化率；
(S3)放大驱动回路外部栅源电容与外部栅极电阻，使得能够忽略内部栅源电容与内部栅极电阻值对串扰电压的影响，重复双脉冲测试并获取第四阶段的漏源电压变化率、源极电流变化率、栅源电压与第五阶段的栅源电压及其变化率、源极电流变化率，代入权利要求1中所述计算公式，提取寄生参数驱动回路共源电感和受串扰管内部栅漏电容；
(S4)缩小驱动回路外部栅源电容，使其能够体现内部栅源电容对串扰电压的影响，重复双脉冲测试并获取第四阶段或第五阶段的漏源电压变化率、源极电流变化率、栅源电压，将提取到的参数和寄生参数驱动回路共源电感和受串扰管内部栅漏电容，代入权利要求1中所述计算公式，计算寄生参数受串扰管内部栅源电容；
(S5)缩小驱动回路外部栅极电阻，使其能够体现内部栅极电阻值对串扰电压的影响，重复双脉冲测试并获取第四阶段或第五阶段的漏源电压变化率、源极电流变化率、栅源电压，将提取到的参数和寄生参数驱动回路共源电感和受串扰管内部栅漏电容，代入权利要求1中所述计算公式，计算寄生参数受串扰管内部栅极电阻。


3.如权利要求2所述的提取方法，其特征在于，步骤(S3)中，放大待整定驱动回路外部栅源电容与外部栅极电阻值，使其满足外部栅源电容值大于10倍的数据手册提供的内部栅源电容值、外部栅极电阻值大于10倍的数据手册提供内部栅极电阻值，寄生参数Ls计算公式如下：



寄生参数Cgd计算公式如下：





4.如权利要求2所述的提取方法，其特征在于，步骤(S4)中，缩小待整定驱动回路外部栅源电容值使其近似等于数据手册中内部栅源电容值，寄生参数Cgs_in计算公式如下：





5.如权利要求2所述的提取方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恒阳，孔武斌，曲荣海，涂钧耀，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42