宽禁带半导体器件的开关过程建模与分析

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jianrui02
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以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体器件相比于传统Si器件,具有高击穿电压、高饱和漂移速度、高工作频率以及高工作结温等优点,可以大幅改善电力电子系统的性能。本文以SiC MOSFET为研究对象,研究电路中寄生参数对其开关过程的影响。SiCMOSFET的开关速度极快,寄生参数对其开关特性的影响远比传统Si器件要明显,在实际工程应用中,通过建模进行前期优化设计是很有必要的。在大量调研功率半导体的器件模型后,本文选择建立SiC MOSFET的数学模型,并用所建立的模型来分析SiC MOSFET的开关特性。首先,本文在对SiC MOSFET开关电路进行深入分析后,得到其开关过程各阶段的电压电流方程,通过数学方程时域求解,得到各阶段电压电流表达式,从而建立了一阶数学模型,这个模型可以对器件开关过程波形进行一定程度上的模拟,让我们可以快速的了解一个新器件的开关特性。然后,在一阶数学模型的基础上,通过对器件寄生电容和跨导的非线性表达以及采用数学迭代法求解高阶矩阵方程的方式,建立了更为精确的高阶数学模型,可以高度模拟器件的真实开关过程。在对高阶数学模型进行SPICE模型仿真和双脉冲测试实验双重验证后,证明了其对器件开关过程模拟的精确度。然后基于高阶数学模型,针对包括器件寄生电容在内的寄生参数对器件开关过程的影响进行了深入分析,并指出了相应的实际工程应用中的优化设计方法。
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