一种非平坦米勒平台SICMOSFET导通、关断能量损耗的计算方法与流程

本发明涉及功率半导体、电力电子技术，主要为功率半导体导通、关断能量损耗计算技术，具体为一种非平坦米勒平台sic mosfet导通、关断能量损耗的计算方法。

背景技术：

1、功率半导体和电力电子器件的能量损耗计算，在电力系统和相关器件设计中占据着重要的地位。不仅能够直接对产品的效率产生影响，而且还会为冷却系统的设计提供关键的参考信息。特别是在使用sic mosfet的系统中，能量损耗会直接决定其最高工作的开关频率，对系统性能有着至关重要的影响。

2、现有的功率半导体导通和关断能量损耗计算方法主要有三种，即有限元物理模型法、spice行为模型法和等效电路法。有限元物理模型法虽然精确，但计算过程耗时很长，通常需要几天的时间。spice行为模型法由于计算步长较短，也需要大量的时间。而等效电路法虽然可以根据产品数据表中的参数进行快速计算，但由于sic mosfet导通、关断时米勒平台并非一个平坦的米勒平台，传统的等效电路法无法准确计算其导通、关断损耗。此外，sic mosfet数据表中给出的损耗是基于特定测试条件的结果，并不一定与实际应用时的条件完全吻合。

3、为了解决这些问题，本发明提出了一种针对sic mosfet导通、关断能量损耗的新型计算方法。这种方法考虑了sic mosfet的非平坦米勒平台特性，并可以根据数据表所提供的参数以及通过简单测量获取的参数，直接计算出sic mosfet的导通、关断损耗。这不仅大大简化了计算过程，同时也提高了计算的准确性和实用性。采用这种方法，可以更准确地评估产品性能，更有效的为冷却系统设计提供参考，大大提高了电力系统的设计效率和性能。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术存在的不足和缺陷，发明人经过研发改进，现提出了针对sicmosfet的非平坦米勒平台特性，可以根据数据表所提供参数及简单测量参数直接计算出sic mosfet的导通、关断损耗的方法；具体的，本发明是这样实现的：

2、一种非平坦米勒平台sic mosfet导通、关断能量损耗的计算方法，包括以下步骤：

3、步骤s1、基于sic mosfet的t导通、关断特性，从需要计算的sic mosfet数据表中获取：vdrive栅极导通驱动电压；vdrive,off栅极关断驱动电压；cgs栅源电容；cgd栅漏电容；vth导通门限电压；vds(on)导通漏源电压；vds(off)关断漏源电压；

4、步骤s2、根据需要计算的sic mosfet所处的实际电路获取：rg栅极驱动电阻，vds,max漏源电压最大值，ids漏源电流；

5、步骤s3、测量或查找sic mosfet数据表得到米勒平台电压：vp1，vp2；

6、步骤s4、根据ciss＝cgs+cgd计算输入电容ciss；

7、步骤s5、根据crss＝cgd计算逆导电容crss；

8、步骤s6、根据式计算系数k1；

9、步骤s7、计算系数k2；

10、步骤s8、根据式计算漏源电流上升时间tri；

11、步骤s9、根据式：

12、

13、计算漏源电压下降时间tfv；

14、步骤s10、根据式：

15、

16、计算漏源电压上升时间trv；

17、步骤s11、根据式计算漏源电流下降时间tfi；

18、步骤s12、根据式计算导通能量损耗eon；

19、步骤s13：根据式计算关断能量损耗eoff。

20、进一步的，所述sic mosfet的导通特性：当输入一个导通栅极驱动电压vdrive，vgs从0上升至门限电压vth，此时漏极电流经过电流上升时间tri上升至定值ids，栅极电压vgs上升至vp1。经过电压下降时间tfv，vds从vds,max下降至vds(on)。栅极电压vgs在电压下降时间tfv栅极电压vgs从vp1上升至vp2；

21、所述sic mosfet的关断特性，当输入一个关断栅极驱动电压vdrive，经过电压上升时间trv，vds从vds(on)上升至vds,max，栅极电压vgs从vp2下降至vp1；经过电流下降时间tfi漏极电流从ids开始下降，直到vgs下降至门限电压vth。

22、进一步的，所述vgs在tfv区间，tfi区间内没有保持为一个不变的电压值。

23、本发明的工作原理：本发明实现了一种非平坦米勒平台sic mosfet导通、关断能量损耗的计算方法，该方法结合sic mosfet的导通、关断特性，通过获取sic mosfet数据表中的关键参数信息，并根据该类型mosfet所在实际电路的状态信息，栅极驱动电阻，漏源电压最大值，漏源电流等，计算输入电容，逆导电容，两个系数k1和k2，漏源电流上升时间，漏源电压下降时间，漏源电压上升时间，漏源电流下降时间等，通过这些数据计算出sicmosfet的导通能量损耗和关断能量损耗。能够准确、全面地评估sic mosfet的能量损耗。具体的：如果要计算sic mosfet导通时的能量损耗，那么需要得到导通过程中的漏源电压vds、导通过程中漏源电流ids。同理，如果要计算sic mosfet关断时的能量损耗那么需要得到关断时的漏源电压vds、关断过程的漏源电流ids；仅仅获得电压和电流两个物理量无法完成能量的计算，还需要获得导通以及关断过程中电压、电流的变化的时间，才能完成能量的计算。导通过程中需要：tri漏源电流上升时间、tfv漏源电压下降时间。关断过程中需要：trv漏源电压上升时间、tfi漏源电流下降时间。使用传统的计算方法(并非针对sic mosfet的方法)的前提条件：米勒平台是平坦的，即：导通过程中，vgs栅源电压在tfv漏源电压下降时间这个时间区间内是一个常数，关断过程中vgs栅源电压在trv漏源电压上升时间这个时间区间内是一个常数vp。传统的计算方法是根据vp计算出上述四个时间值：tri漏源电流上升时间、tfv漏源电压下降时间、trv漏源电压上升时间、tfi漏源电流下降时间。然而sic mosfet具有非平台的米勒平台电压特性，如图2所示的导通过程中非平坦米勒平台：在电压下降时间tfv栅极电压vgs从vp1上升至vp2。如图3所示的关断过程中非平坦米勒平台：经过电压上升时间trv，栅极电压vgs从vp2下降至vp1。在导通和关断过程中栅极电压vgs在电压下降时间tfv和电压上升时间trv内不再是一个常数。因此传统方法无法完成所需要的四个时间值：tri漏源电流上升时间、tfv漏源电压下降时间、trv漏源电压上升时间、tfi漏源电流下降时间的计算。本专利所述的方法就是针对sic mosfet非平坦米勒平台特性所设计的计算方法，详见“本专利所提出计算方法推导过程”；所提出的方法即是解决由sic mosfet非平台米勒平台所造成的四个时间值(tri漏源电流上升时间、tfv漏源电压下降时间、trv漏源电压上升时间、tfi漏源电流下降时间)的计算问题。

24、本发明的有益技术效果：

25、1)与有限元物理模型法、spice行为模型法相比，本计算方法所需计算时间较少：仅需通过查看sic mosfet数据表和简易测试即可完成对sic mosfet导通、关断能量损耗的计算。

26、2)与传统等效电路法相比，本计算方法解决了sic mosfet非平坦米勒平台特性导致的传统方法计算结果不准确的问题。

27、3)sic mosfet数据表中给出的导通、关断损耗是基于特定测试条件的结果，与实际应用条件不一定吻合，本方法中采用sic mosfet所处实际电路中的参数，更贴近实际应用，计算结果对于设计更具参考价值。