一种应用于eGaNHEMT的开通过电压建模方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于eGaN HEMT的开通过电压建模方法，属于电力电子器件建模的研究领域。方法包括以下：以功率半桥双脉冲测试电路为基础，对开通过程中的电路进行等效变换，得到不同时间区间的等效电路图，以该等效电路图为基础通过拉普拉斯变化与反变换求解出开通过程的过电压解析模型，再对电路中的寄生电容与寄生电感参数进行提取，保证了模型的精确度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于eGaN HEMT的开通过电压建模方法


[0001]本专利技术属于电力电子器件建模
，涉及一种应用于eGaN HEMT的开通过电压建模方法。

技术介绍

[0002]功率半桥电路中的器件在开关瞬态过程中造成的漏源电压过电压问题已经严重影响到功率开关器件的正常运行，并且随着开关速度的增加，过电压峰值会进一步的增大；一旦电压超调量接近功率器件的击穿电压，不仅开关速度无法进一步提高，器件甚至电力电子变换器的稳定性也会受到影响。以往的研究主要是基于传统Si基功率半桥电路中，并且主要关注关断瞬态期间的过电压，由于Si基功率器件的开通速度不够快，没有出现明显的开通过电压。然而，在由eGaN HEMT(增强型氮化镓高电子迁移率晶体管)器件组成功率半桥电路中，器件快速开通导致的开通过压却比较严重，在一定的开关条件下开通过电压甚至比关断过电压更加严重，在不同的工作电流和不同的栅极电阻下，开启瞬态过程中的电压峰值甚至高于关断瞬态过程中的电压超调量，所以eGaN HEMT器件在功率半桥电路中的开通过电压问题逐渐引起国内外研究的重视。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术的不足，提出一种应用于eGaN HEMT的开通过电压建模方法，通过对半桥电路进行等效变换，得到开通过程分解的等效电路，在等效电路的基础上推导其开通过电压解析模型。包括以下步骤：
[0004]S10，搭建功率半桥双脉冲测试电路；
[0005]S20，得到开通过程分解的等效电路；
[0006]S30，求解出过电压解析模型；
[0007]S40，提取寄生参数。
[0008]优选地，所述S10搭建的功率半桥双脉冲测试电路中，Q2和Q1分别为测试电路顶部与底部开关器件eGaN HEMT；V
DC
为电路母线电压，V
g
为驱动电源，C
DC
为电路缓冲电容，L为负载电感，C
gs
为栅源极寄生电容，C
ds
为漏源极寄生电容，C
gd
为栅漏极寄生电容，Q2和Q1均具有一组C
gs
、C
ds
和C
gd
；L
loop
为功率回路总杂散电感，L
g
为驱动寄生电感，R
g
为驱动电阻，Q1和Q2的栅极均各与一组串联的R
g
和L
g
连接，R
stray
为环路杂散电阻，Q2的漏极与R
stray
的一端连接，R
stray
的另一端与L的一端连接，L的另一端与Q2的源极连接；Q1的源极与的L
loop
一端连接，L
loop
的另一端与C
DC
的一端连接，C
DC
的另一端与L的另一端连接，eGaN HEMT在开通过程中参数包括底部开关Q1的漏极电流i
d_B
、漏源极电压v
ds_B
，栅源极电压v
g_B
以及顶部开关Q2的漏源极电压v
ds_T
。
[0009]优选地，所述S20中令t1到t2时段称为di/dt瞬态，并推导该时段的等效电路，在该时段内顶部开关Q2处于反向导通状态，V
r
表示Q2的反向导通压降，同时v
ds_T
保持不变，等于
‑
V
r
；Q1的漏极电流i
d_B
快速上升，Q1的漏源极电压v
ds_B
在L
loop
的作用下，在初始电压V
DC
+V
r
上产
生一个电压降ΔV，即在t3时刻，v
ds_B
在电压值V
m
，
[0010][0011]t3时刻为当Q1的漏极电流i
d_B
上升至额定负载电流I
L
时，开始进入在dv/dt瞬态，并推导该t2到t3时段的等效电路，在该时段内顶部开关Q2停止反向导通并，并不再具有电压钳位作用，并且随着i
d_B
大于负载电流I
L
，开始对Q2的输出电容C
oss
充电，输出电容C
oss
与结电容的关系为C
oss
＝Cgd+Cds；将Q2等效为输出电容C
oss
，此时v
ds_T
开始增加，v
ds_B
继续下降。
[0012]优选地，所述S30包括通过对S20中等效电路进行拉普拉斯变换分析，顶部开关Q2的开通电压v
ds_T
峰值分析简化为：
[0013][0014]其中，L,R,C分别为环路杂散电感L
loop
、杂散电阻R
stray
、输出电容C
oss
；v
ds_T
的表达涉及两种激励：一种是V
DC
‑
V
r
+RI
L
，为直流分量，表示上开关断态与通态之间的电压差；另一种是v
ds_B
，它是一个瞬态元件，被建模为一个有斜坡变化的可控电压源；底部开关Q1的漏源极电压v
ds_B
在dv/dt瞬态过程中的漏源极电压简化为一个斜坡函数：
[0015][0016]式中，t
d
为接通瞬态过程中的电压下降时间，V
m
是v
ds_B
的初始电压，结合式(2)
‑
(3)，并通过拉普拉斯反变换解算得到v
ds_T
的解析模型：
[0017][0018]其中，为寄生振荡角频率和τ＝2L/R为阻尼时间常数。
[0019]优选地，所述S40中，包括非线性C
oss
曲线拟合方法：
[0020][0021]其中，C
omax
为电容最大值，k1,k2,k3,k4为预设拟合参数，L
loop
集中了电源回路中所有的寄生电感和封装杂散电感，在开通波形中v
ds_B
的压降ΔV和di/dt可在开关波形中测得，根据式(1)确定L
loop
。
[0022]本专利技术的有益效果如下：
[0023]与现有技术相比，本专利技术提出了一种应用于eGaN HEMT的开通过电压建模方法，该
方法以功率半桥双脉冲测试电路为基础，对开通过程中的电路进行等效变换，得到不同时间区间的等效电路图，以该等效电路图为基础通过拉普拉斯变化与反变换求解出开通过程的过电压解析模型，再对电路中的寄生电容与寄生电感参数进行提取，保证了模型的精确度。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例的应用于eGaN HEMT的开通过电压建模方法流程图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于eGaN HEMT的开通过电压建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S10，搭建功率半桥双脉冲测试电路；S20，得到开通过程分解的等效电路；S30，求解出过电压解析模型；S40，提取寄生参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S10搭建的功率半桥双脉冲测试电路中，Q2和Q1分别为测试电路顶部与底部开关器件eGaN HEMT；V
DC
为电路母线电压，V
g
为驱动电源，C
DC
为电路缓冲电容，L为负载电感，C
gs
为栅源极寄生电容，C
ds
为漏源极寄生电容，C
gd
为栅漏极寄生电容，Q2和Q1均具有一组C
gs
、C
ds
和C
gd
；L
loop
为功率回路总杂散电感，L
g
为驱动寄生电感，R
g
为驱动电阻，Q1和Q2的栅极均各与一组串联的R
g
和L
g
连接，R
stray
为环路杂散电阻，Q2的漏极与R
stray
的一端连接，R
stray
的另一端与L的一端连接，L的另一端与Q2的源极连接；Q1的源极与的L
loop
一端连接，L
loop
的另一端与C
DC
的一端连接，C
DC
的另一端与L的另一端连接，eGaN HEMT在开通过程中参数包括底部开关Q1的漏极电流i
d_B
、漏源极电压v
ds_B
，栅源极电压v
g_B
以及顶部开关Q2的漏源极电压v
ds_T
。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S20中令t1到t2时段称为di/dt瞬态，并推导该时段的等效电路，在该时段内顶部开关Q2处于反向导通状态，V
r
表示Q2的反向导通压降，同时v
ds_T
保持不变，等于
‑
V
r
；Q1的漏极电流i
d_B
快速上升，Q1的漏源极电压v
ds_B
在L
loop
的作用下，在初始电压V
DC
+V
r
上产生一个电压降ΔV，即在t3时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫东，杭丽君，何远彬，曾平良，何震，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：