一种功率模块开通振荡电流确定方法技术

本发明专利技术涉及一种功率模块开通振荡电流确定方法。方法包括根据开关等效电路模型的参数确定电流上升阶段的电流变化率和压降；获取上管SiCMOSFET的漏源极电容随电压的变化曲线；根据压降和漏源极电容随电压的变化曲线确定的上管SiC MOSFET的漏源极电容的取值；确定电流从稳态电流上升至峰值电流的时间；根据电流从稳态电流上升至峰值电流的时间和电流变化率确定下管SiC MOSFET在开通过程中产生的电流过冲值；根据开通振荡过程的等效电路简化的二阶振荡电路确定开通振荡过程中的衰减系数和固有角频率；根据电流过冲值和衰减系数和固有角频率确定开通电流振荡方程。本发明专利技术能够提高开通振荡电流的计算精度。高开通振荡电流的计算精度。高开通振荡电流的计算精度。

【技术实现步骤摘要】
一种功率模块开通振荡电流确定方法


[0001]本专利技术涉及SiC二极管的功率模块领域，特别是涉及一种功率模块开通振荡电流确定方法。

技术介绍

[0002]Si IGBT在很多重大领域都得到了广泛应用，逐渐成为主流的电力电子器件。目前，Si IGBT器件的性能已经接近硅材料所能承受的极限，很难从制造工艺方面满足人们对功率密度、开关频率等更高的要求。自2011年第一代商业化SiC MOSFET诞生之后，基于碳化硅宽禁带半导体材料的新型电力电子器件得到了广泛关注和应用。SiC电力电子器件具有耐高温、耐高压、开关损耗小等优势，可以提高系统的开关频率和功率密度，在未来的高压直流电网建设中具有很大的应用潜力。
[0003]SiC器件的开关速度得到极大的提高，但同时也引入了较严重的开关寄生振荡问题。相关研究表明SiC二极管的结电容和快速开关瞬变是导致器件开关寄生振荡的主要原因。因此，相比较与传统的Si IGBT器件，SiC MOSFET、SiC JFET、以及Si IGBT与SiC二极管组成的混合器件的开关寄生振荡问题都更加剧烈。电力电子器件剧烈的开关振荡不仅会危害器件自身的安全，同时会通过传导和辐射耦合影响周围设备的稳定运行，需要对此进行建模预测。
[0004]由于SiC二极管具有零反向恢复电流特性，应用SiC二极管的功率模块开通电流振荡完全是由器件输出电容和电路寄生电感造成的，呈现二阶振荡衰减规律。现阶段主要通过建立包含寄生参数的开通等效电路，对此进一步简化分析形成二阶振荡电路模型，推导开通振荡电流的表达式。但现有计算方法没有考虑开通过程不同阶段寄生参数值的变化，导致模型的计算结果与实际的吻合度降低。因此，对器件电容的精确取值可以进一步提高开通振荡电流的计算精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种功率模块开通振荡电流确定方法，能够提高开通振荡电流的计算精度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种功率模块开通振荡电流确定方法，包括：
[0008]获取功率模块的开关等效电路模型；
[0009]获取所述开关等效电路模型的电路参数和器件参数；所述电路参数包括：母排电感、母排电阻、母线电压、负载电感、负载电阻和外部栅极电阻；所述器件参数包括：上管SiC MOSFET的栅漏极电容、栅源极电容、漏源极电容、内部栅极电感、源极电感、漏极电感和内部栅极电阻，下管SiC MOSFET的栅漏极电容、栅源极电容、漏源极电容、内部栅极电感、源极电感、漏极电感和内部栅极电阻，以及上管SiC MOSFET和下管SiC MOSFET之间的连接电感；
[0010]根据所述开关等效电路模型的电路参数和器件参数确定电流上升阶段的电流变
化率以及压降；降压转移至上管SiC MOSFET；
[0011]获取上管SiC MOSFET的漏源极电容随上管SiC MOSFET的电压的变化曲线；
[0012]根据压降和上管SiC MOSFET的漏源极电容随上管SiC MOSFET的电压的变化曲线确定上管SiC MOSFET的漏源极电容的取值；
[0013]根据上管SiC MOSFET的漏源极电容的取值以及总回路寄生电感确定电流从稳态电流上升至峰值电流的时间；
[0014]根据电流从稳态电流上升至峰值电流的时间以及下管SiC MOSFET的电流变化率确定下管SiC MOSFET在开通过程中产生的电流过冲值；
[0015]获取开通振荡过程的等效电路；并将等效电路简化为二阶振荡电路；
[0016]根据所述二阶振荡电路确定开通振荡过程中的衰减系数和固有角频率；
[0017]根据所述电流过冲值以及衰减系数和固有角频率确定开通电流振荡方程。
[0018]可选地，所述根据所述开关等效电路模型的电路参数和器件参数确定电流上升阶段的电流变化率以及压降，具体包括：
[0019]利用公式确定电流上升阶段的电流变化率；
[0020]利用公式确定电流上升阶段的压降；
[0021]其中，i
d2
为下管SiC MOSFET的漏极电流，g
fs
为跨导，V
gon
为正栅极电压，V
th
为阈值电压，R
g2
为下管SiC MOSFET的栅极电阻，C
iss2
为下管SiC MOSFET的输入电容，L
s2
为下管SiC MOSFET的源极电感，V
drop
为电流上升阶段的压降，L
loop
为总回路寄生电感。
[0022]可选地，所述根据上管SiC MOSFET的漏源极电容的取值以及总回路寄生电感确定电流从稳态电流上升至峰值电流的时间，具体包括：
[0023]利用公式获取下管SiC MOSFET电流从稳态电流上升至峰值电流的时间
△
t，
[0024]其中，u
Cds1
为上管SiC MOSFET的漏源极电容的电压，C
ds1
为上管SiC MOSFET的漏源极电容，i
Cds1
为上管SiC MOSFET的漏源极电容的电流，L
d
为总漏极电感，L
s2
为下管SiC MOSFET的源极电感。
[0025]可选地，所述根据电流从稳态电流上升至峰值电流的时间以及下管SiC MOSFET的电流变化率确定下管SiC MOSFET在开通过程中产生的电流过冲值，具体包括：
[0026]利用公式确定下管SiC MOSFET在开通过程中产生的电流过冲值；
[0027]其中，I
overshoot
为下管SiC MOSFET在开通过程中产生的电流过冲值，I
p
为峰值电流，I
L
为稳态电流。
[0028]可选地，所述根据所述二阶振荡电路确定开通振荡过程中的衰减系数和固有角频率，具体包括：
[0029]利用公式确定开通振荡过程中的衰减系数；
[0030]利用公式确定开通振荡过程中的固有角频率；
[0031]其中，R
loop
为总回路电阻，δ为衰减系数，ω为固有角频率。
[0032]可选地，所述根据所述电流过冲值以及衰减系数和固有角频率确定开通电流振荡方程，具体包括：
[0033]利用公式确定开通电流振荡方程；
[0034]其中，t为时间变量，t2为电流上升阶段的结束时刻。
[0035]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0036]本专利技术所提供的一种功率模块开通振荡电流确定方法，该方法将开通振荡电流分为电流过冲值和衰减过程两个阶段进行分析，可以详细考虑漏源极电容在开通过程不同阶段的精确电容值，由此很大程度提高了开通振荡电流的计算精度。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率模块开通振荡电流确定方法，其特征在于，包括：获取功率模块的开关等效电路模型；获取所述开关等效电路模型的电路参数和器件参数；所述电路参数包括：母排电感、母排电阻、母线电压、负载电感、负载电阻和外部栅极电阻；所述器件参数包括：上管SiC MOSFET的栅漏极电容、栅源极电容、漏源极电容、内部栅极电感、源极电感、漏极电感和内部栅极电阻，下管SiC MOSFET的栅漏极电容、栅源极电容、漏源极电容、内部栅极电感、源极电感、漏极电感和内部栅极电阻，以及上管SiC MOSFET和下管SiC MOSFET之间的连接电感；根据所述开关等效电路模型的电路参数和器件参数确定电流上升阶段的电流变化率以及压降；降压转移至上管SiC MOSFET；获取上管SiC MOSFET的漏源极电容随上管SiC MOSFET的电压的变化曲线；根据压降和上管SiC MOSFET的漏源极电容随上管SiC MOSFET的电压的变化曲线确定上管SiC MOSFET的漏源极电容的取值；根据上管SiC MOSFET的漏源极电容的取值以及总回路寄生电感确定电流从稳态电流上升至峰值电流的时间；根据电流从稳态电流上升至峰值电流的时间以及下管SiC MOSFET的电流变化率确定下管SiC MOSFET在开通过程中产生的电流过冲值；获取开通振荡过程的等效电路；并将等效电路简化为二阶振荡电路；根据所述二阶振荡电路确定开通振荡过程中的衰减系数和固有角频率；根据所述电流过冲值以及衰减系数和固有角频率确定开通电流振荡方程。2.根据权利要求1所述的一种功率模块开通振荡电流确定方法，其特征在于，所述根据所述开关等效电路模型的电路参数和器件参数确定电流上升阶段的电流变化率以及压降，具体包括：利用公式确定电流上升阶段的电流变化率；利用公式确定电流上升阶段的压降；其中，i
d2
为下管SiC MOSFET的漏极电流，g
fs
为跨导，V
gon
为正栅极电压，V
th
为阈值电压，R
g2
为下管SiC MOSFET的栅极电阻，C
iss2
为下管SiC MOSFET的输入电容，L

【专利技术属性】
技术研发人员：黄华震，李功新，仝涵，王宁燕，王亚婕，黄友聪，吴文斌，卢铁兵，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司电力科学研究院中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：