一种功率半导体器件的驱动回路杂散参数提取方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种功率半导体器件的驱动回路杂散参数提取方法及系统，所述方法包括：将功率半导体器件的关断过程划分为n个关断阶段；针对n个所述关断阶段建立驱动回路杂散参数计算模型；实测n个所述关断阶段的电气参数波形；所述电气参数波形结合所述驱动回路杂散参数计算模型，通过线性拟合计算得到驱动回路中的杂散参数。本发明专利技术通过建立杂散参数计算模型，可准确地计算得到功率半导体器件的驱动回路中的杂散参数，便于验证驱动回路设计是否满足要求。是否满足要求。是否满足要求。

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体器件的驱动回路杂散参数提取方法及系统


[0001]本专利技术实施例涉及功率半导体器件
，具体涉及一种功率半导体器件的驱动回路杂散参数提取方法及系统。

技术介绍

[0002]可关断晶闸管(GTO)、集成门极换流晶闸管(IGCT)、发射极关断晶闸管(ETO)等功率半导体器件，通常由半导体芯片和门极驱动单元两部分组成。作为电流型控制器件，其关断时需要用门极驱动单元将阴极电流转移至门极，电流值可达数千安培，驱动回路中杂散参数对于关断过程至关重要，杂散参数过大容易造成功率半导体器件在关断过程中出现失效，因此功率半导体器件在设计阶段对于驱动回路中杂散参数的提取非常必要。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种功率半导体器件的驱动回路杂散参数提取方法及系统，可准确地计算得到功率半导体器件的驱动回路中的杂散参数，便于验证驱动回路设计是否满足要求。
[0004]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种功率半导体器件的驱动回路杂散参数提取方法，包括：
[0005]将功率半导体器件的关断过程划分为n个关断阶段；
[0006]针对n个所述关断阶段建立驱动回路杂散参数计算模型；
[0007]实测n个所述关断阶段的电气参数波形；
[0008]所述电气参数波形结合所述驱动回路杂散参数计算模型，通过线性拟合计算得到驱动回路中的杂散参数。
[0009]在一种可能的实现方式中，将功率半导体器件的关断过程划分为5个关断阶段，5个所述关断阶段为：换流阶段A、过冲阶段B、恢复阶段C、维持阶段D和关断阶段E。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述的针对n个所述关断阶段建立驱动回路杂散参数计算模型包括：
[0011]针对换流阶段A建立第一驱动回路杂散参数计算模型，所述第一驱动回路杂散参数计算模型为：
[0012][0013]针对过冲阶段B、恢复阶段C和关断阶段E建立第二驱动回路杂散参数计算模型，所述第二驱动回路杂散参数计算模型为：
[0014][0015]针对维持阶段D建立第三驱动回路杂散参数计算模型，所述第三驱动回路杂散参数计算模型为：
[0016][0017]式(1)
‑
(12)中：v
GKd
为驱动单元与连接器接口处门阴极电压；v
GKc
为连接器与器件接口处门阴极电压；v
coff
为关断电容组电压；i
G
为门极电流；u
GCT
为关断时器件上的电压；R
H
为器件管壳的等效杂散电阻；L
H
为器件管壳的等效杂散电感；R
CU
为连接器的等效杂散电阻；L
CU
为连接器的等效杂散电感；R
D
为驱动单元的等效杂散电阻；L
D
为驱动单元的等效杂散电感；R
ALL
为驱动回路总体的等效杂散电阻；L
ALL
为驱动回路总体的等效杂散电感；u
RH
为器件管壳的等效杂散电阻上的电压；u
LH
为器件管壳的等效杂散电感上的电压；u
RCU
为连接器的等效杂散电阻上的电压；u
LCU
为连接器的等效杂散电感上的电压；u
RD
为驱动单元的等效杂散电阻上的电压；u
LD
为驱动单元的等效杂散电感上的电压；u
RALL
为驱动回路总体的等效杂散电阻上的电压；u
LALL
为驱动回路总体的等效杂散电感上的电压；t为时间，di
G
/dt表示门极电流i
G
在时间t上求导。
[0018]在一种可能的实现方式中，所述电气参数波形包括：器件的阴极与阳极两端电压
v
ak
波形、门极电流i
G
波形、阳极电流i
A
波形、阴极电流i
K
波形、连接器与器件接口处门阴极电压v
GKc
波形、驱动单元与连接器接口处门阴极电压v
GKd
波形、关断电容组电压v
Coff
波形。
[0019]在一种可能的实现方式中，所述电气参数波形结合所述驱动回路杂散参数计算模型，通过线性拟合计算得到驱动回路中的杂散参数包括：
[0020]对门极电流i
G
在时间t上求导，得到多个瞬时电流；
[0021]拟合多个瞬时电流得到波形di
G
/dt；
[0022]波形di
G
/dt结合第一驱动回路杂散参数计算模型、第二驱动回路杂散参数计算模型和第三驱动回路杂散参数计算模型经线性拟合计算得到驱动单元的等效杂散电阻R
D
、连接器的等效杂散电阻R
CU
、驱动单元的等效杂散电感L
D
、连接器的等效杂散电感L
CU
、器件管壳的等效杂散电阻R
H
和器件管壳的等效杂散电感L
H
；
[0023]根据驱动单元的等效杂散电感L
D
、连接器的等效杂散电感L
CU
和器件管壳的等效杂散电感L
H
计算得到驱动回路总杂散电感L
ALL
；
[0024]将驱动回路总杂散电阻R
ALL
和驱动回路总杂散电感L
ALL
代入公式(4)验证驱动回路总杂散电阻R
ALL
和驱动回路总杂散电感L
ALL
是否准确。
[0025]在一种可能的实现方式中，所述波形di
G
/dt结合第一驱动回路杂散参数计算模型、第二驱动回路杂散参数计算模型和第三驱动回路杂散参数计算模型经线性拟合计算得到驱动单元的等效杂散电阻R
D
、连接器的等效杂散电阻R
CU
、驱动单元的等效杂散电感L
D
、连接器的等效杂散电感L
CU
、器件管壳的等效杂散电阻R
H
和器件管壳的等效杂散电感L
H
包括：
[0026]所述波形di
G
/dt结合公式(9)和公式(10)经一元线性拟合计算得到驱动单元的等效杂散电阻R
D
和连接器的等效杂散电阻R
CU
；
[0027]所述波形di
G
/dt结合公式(5)和公式(6)经一元线性拟合计算得到驱动单元的等效杂散电感L
D
和连接器的等效杂散电感L
CU
；
[0028]所述波形di
G
/dt结合公式(3)经二元线性拟合计算得到器件管壳的等效杂散电阻R
H
和器件管壳的等效杂散电感L
H
；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件的驱动回路杂散参数提取方法，其特征在于，包括：将功率半导体器件的关断过程划分为n个关断阶段；针对n个所述关断阶段建立驱动回路杂散参数计算模型；实测n个所述关断阶段的电气参数波形；所述电气参数波形结合所述驱动回路杂散参数计算模型，通过线性拟合计算得到驱动回路中的杂散参数。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件的驱动回路杂散参数提取方法，其特征在于，将功率半导体器件的关断过程划分为5个关断阶段，5个所述关断阶段为：换流阶段A、过冲阶段B、恢复阶段C、维持阶段D和关断阶段E。3.根据权利要求2所述的功率半导体器件的驱动回路杂散参数提取方法，其特征在于，所述的针对n个所述关断阶段建立驱动回路杂散参数计算模型包括：针对换流阶段A建立第一驱动回路杂散参数计算模型，所述第一驱动回路杂散参数计算模型为：针对过冲阶段B、恢复阶段C和关断阶段E建立第二驱动回路杂散参数计算模型，所述第二驱动回路杂散参数计算模型为：针对维持阶段D建立第三驱动回路杂散参数计算模型，所述第三驱动回路杂散参数计算模型为：式(1)
‑
(12)中：v
GKd
为驱动单元与连接器接口处门阴极电压；v
GKc
为连接器与器件接口
处门阴极电压；v
coff
为关断电容组电压；i
G
为门极电流；u
GCT
为关断时器件上的电压；R
H
为器件管壳的等效杂散电阻；L
H
为器件管壳的等效杂散电感；R
CU
为连接器的等效杂散电阻；L
CU
为连接器的等效杂散电感；R
D
为驱动单元的等效杂散电阻；L
D
为驱动单元的等效杂散电感；R
ALL
为驱动回路总体的等效杂散电阻；L
ALL
为驱动回路总体的等效杂散电感；u
RH
为器件管壳的等效杂散电阻上的电压；u
LH
为器件管壳的等效杂散电感上的电压；u
RCU
为连接器的等效杂散电阻上的电压；u
LCU
为连接器的等效杂散电感上的电压；u
RD
为驱动单元的等效杂散电阻上的电压；u
LD
为驱动单元的等效杂散电感上的电压；u
RALL
为驱动回路总体的等效杂散电阻上的电压；u
LALL
为驱动回路总体的等效杂散电感上的电压；t为时间，di
G
/dt表示门极电流i
G
在时间t上求导。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述的功率半导体器件的驱动回路杂散参数提取方法，其特征在于，所述电气参数波形包括：器件的阴极与阳极两端电压v
ak
波形、门极电流i
G
波形、阳极电流i
A
波形、阴极电流i
K
波形、连接器与器件接口处门阴极电压v
GKc
波形、驱动单元与连接器接口处门阴极电压v
GKd
波形和关断电容组电压v
Coff
波形。5.根据权利要求1所述的功率半导体器件的驱动回路杂散参数提取方法，其特征在于，所述电气参数波形结合所述驱动回路杂散参数计算模型，通过线性拟合计算得到驱动回路中的杂散参数包括：对门极电流i
G
在时间t上求导，得到多个瞬时电流；拟合多个瞬时电流得到波形di
G
/dt；波形di
G
/dt结合第一驱动回路杂散参数计算模型、第二驱动回路杂散参数计算模型和第三驱动回路杂散参数计算模型经线性拟合计算得到驱动单元的等效杂散电阻R
D
、连接器的等效杂散电阻R
CU
、驱动单元的等效杂散电感L
D
、连接器的等效杂散电感L
CU
、器件管壳的等效杂散电阻R
H
和器件管壳的等效杂散电感L
H
；根据驱动单元的等效杂散电感L
D
、连接器的等效杂散电感L
CU
和器件管壳的等效杂散电感L
H
计算得到驱动回路总杂散电感L
ALL
；将驱动回路总杂散电阻R
ALL
和驱动回路总杂散电感L
ALL
代入公式(4)验证驱动回路总杂散电阻R
ALL
和驱动回路总杂散电感L
ALL
是否准确。6.根据权利要求5所述的功率半导体器件的驱动回路杂散参数提取方法，其特征在于，所述的波形di
G
/dt结合第一驱动回路杂散参数计算模型、第二驱动回路杂散参数计算模型和第三驱动回路杂散参数计算模型经线性拟合计算得到驱动单元的等效杂散电阻R
D
、连接器的等效杂散电阻R
CU
、驱动单元的等效杂散电感L
D
、连接器的等效杂散电感L
CU
、器件管壳的等效杂散电阻R
H
和器件管壳的等效杂散电感L
H
包括：所述波形di
G
/dt结合公式(9)和公式(10)经一元线性拟合计算得到驱动单元的等效杂散电阻R
D
和连接器的等效杂散电阻R
CU
；所述波形di
G
/dt结合公式(5)和公式(6)经一元线性拟合计算得到驱动单元的等效杂散电感L
D
和连接器的等效杂散电感L
CU
；所述波形di
G
/dt结合公式(3)经二元线性拟合计算得到器件管壳的等效杂散电阻R
H
和器件管壳的等效杂散电感L
H
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾嵘，吴锦鹏，夏洪亮，余占清，赵彪，尚杰，陈政宇，刘佳鹏，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：