一种考虑多元调控参数的Si/SiC混合器件选型与性能评估方法

本发明涉及电子电力，具体涉及一种考虑多元调控参数的si/sic混合器件选型与性能评估方法。

背景技术：

1、si igbt和sic mosfet作为目前主流的功率半导体器件，在应用过程中具有显著的优劣势。si igbt由于成熟的制造工艺和自身的电导调制效应，使其具备低成本和低导通损耗的优势，但拖尾电流的存在使其开关损耗较大，限制了si igbt在高开关频率的应用。宽禁带器件sic mosfet虽然具有低开关损耗、高开关速度以及高开关频率的优势，但是存在sic器件工艺成熟度低、材料缺陷密度高以及成本昂贵等问题。基于此，许多学者提出了一种将大功率si igbt与小功率sic mosfet并联连接的si/sic混合器件来解决si igbt和sic mosfet存在的固有问题，进而实现高效率与低成本的兼顾。

2、但是现有混合器件的损耗模型研究上仅考虑器件的外部参数（如母线电压、负载电流等）和关断延迟时间，并未考虑器件本身的调控参数（如驱动电压、驱动电阻），混合器件损耗模型存在精度低和应用范围窄等问题。同时，在混合器件选型方面，现有研究选取3种混合器件电流配比来分析电流配比对混合器件的导通损耗、开关损耗和短路特性的影响，混合器件选型研究中电流配比选取缺乏依据。也有研究通过改进封装技术，证明了相较于单一sic mosfet器件，电流配比为4:1或6:1的si/sic混合器件的成本优势，但是通过改进封装的技术研究最佳电流配比，存在工艺技术复杂以及应用范围窄等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种考虑多元调控参数的si/sic混合器件选型与性能评估方法，用以至少解决现有混合器件损耗模型应用范围窄、混合器件选型缺乏理论依据的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种考虑多元调控参数的si/sic混合器件选型与性能评估方法，包括以下步骤：

4、s1.根据混合器件内部sic mosfet与igbt的驱动电压分别对应获取sic mosfet和igbt的导通电阻，通过sic mosfet的导通电阻获取拐点电流，根据负载电流与的大小关系分别建立导通损耗模型；

5、s2.根据驱动电阻和驱动电压获取混合器件内部sic mosfet与igbt的硬开通损耗与硬关断损耗，根据硬开通损耗、硬关断损耗和导通电压获取开关损耗模型；

6、s3.通过sic mosfet体二极管的反向恢复电荷获取过冲电流值，将根据获取下桥臂混合器件的峰值电流的表达式作为过冲电流模型；

7、s4.基于混合器件内部单一器件的功率组合特性确定混合器件的预选组合方案；通过过冲电流模型获取预选组合方案内各sic mosfet的峰值电流，将峰值电流小于安全工作域最大电流值作为暂态耐受能力条件，确定预选组合方案内满足暂态耐受能力条件的方案；

8、s5.基于导通损耗模型，获取不同负载电流下分别流经sic mosfet与igbt的分负载电流，将各分负载电流均小于额定分负载电流作为混合器件动态分流特性条件，确定通过s4筛选后的方案内满足混合器件动态分流特性条件的方案，得到初选方案；

9、s6.对初选方案进行综合性能比较后得到最终选择方案。

10、优选的，s1中根据混合器件内部sic mosfet与igbt的驱动电压分别对应获取sicmosfet和igbt的导通电阻的具体内容包括：

11、(1)

12、(2)

13、其中，为igbt的导通电阻，和分别为sic mosfet的结温、导通电阻温度影响因子、参考驱动电压、驱动电压、参考导通电阻以及驱动电压校正因子，和分别为igbt的结温、导通电阻温度影响因子、参考驱动电压、驱动电压、参考导通电阻以及驱动电压校正因子。

14、优选的，s1中通过sic mosfet的导通电阻获取拐点电流，根据负载电流与的大小关系分别建立导通损耗模型的具体内容包括：

15、 (3)

16、(4)

17、 (5)

18、 (6)

19、其中，为igbt的开启电压，为流经sic mosfet的分负载电流，为流经igbt的分负载电流，为混合器件的导通损耗，为sic mosfet的驱动电压，为igbt的驱动电压，为igbt的导通电阻。

20、优选的，s2中根据驱动电阻和驱动电压获取混合器件内部sic mosfet与igbt的硬开通损耗与硬关断损耗的具体内容包括：

21、 (7)

22、 (8)

23、 (9)

24、(10)

25、其中，分别为sic mosfet的驱动电压、参考驱动电压、驱动电阻、参考驱动电阻、开通损耗参考值以及结温，分别为igbt的驱动电压、参考驱动电压、开通损耗参考值以及结温；分别为负载电流、负载电流参考值、母线电压、母线电压参考值以及结温参考值，和为相应的修正系数。

26、优选的，s2中根据硬开通损耗、硬关断损耗和导通电压获取开关损耗模型的具体内容包括：

27、(11)

28、 (12)

29、(13)

30、(14)

31、 (15)

32、(16)

33、(17)

34、(18)

35、 (19)

36、其中为总开关损耗，为总开通损耗，为总关断损耗，为sicmosfet的开通损耗，为sic mosfet的关断损耗，为igbt的关断损耗，为开通过程的导通损耗，为关断过程的导通损耗，和分别是igbt的上升时间、开通延迟时间、关断时间和关断残余损耗，为sic mosfet的开通延迟时间，为混合器件的等效导通电阻，与分别为开通延迟时间与关断延迟时间。

37、优选的，s3中过冲电流模型的具体内容包括：

38、(20)

39、其中，为峰值电流，为过冲电流值，为反向恢复软度，和分别为sic mosfet的跨导、开通阈值电压、驱动电阻、栅源极寄生电容和源极寄生电感。

40、优选的，s4中确定混合器件的预选组合方案的条件为：

41、其中，和分别为sic mosfet和igbt的额定电流，为混合器件的额定电流。

42、优选的，s6中对初选方案进行综合性能比较内容包括：对初选方案的轻载损耗、中载损耗、重载损耗、最大输出电流能力、过冲峰值电流以及成本进行综合性能比较。

43、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种考虑多元调控参数的si/sic混合器件选型与性能评估方法，具有以下有益效果：

44、1）本发明提出了一种考虑多调控参数耦合的混合器件损耗模型与过冲电流模型，为不同组合方案的混合器件选型与性能评估提供了有效途径；

45、2）本发明基于所建立的考虑多调控参数耦合的混合器件损耗与过冲电流模型来进行对混合器件选型和性能评估，能有效快速地筛选出满足混合器件暂稳态可靠性的混合器件组合方案；

46、3）基于所搭建的考虑多调控参数耦合的混合器件损耗与过冲模型，可以对比混合器件初选方案在轻载损耗、中载损耗、额定损耗、最大输出电流、过冲电流以及成本等性能方面的差异，为不同应用需求下混合器件的组合方案选择提供理论指导。