动态测试确认SiC开关频率的准确性
碳化硅 (sic) 和氮化镓 (gan)等宽带隙材料由于其电气特性已被证明优于硅，因此在电力电子应用中占据领先地位。尽管被广泛接受，专家们仍不断检查其真实性。
sic mosfet尤其用于在高温和开关频率下工作的转换器。然而，随着开关速率的增加，寄生电感和工作温度产生的影响也会增加(更准确地说，跨导是主要的温度敏感参数)。因此，在每个 mosfet 功率模块设计中，分析开关行为非常重要。
有不同的分析技术可用于评估这些半导体的开关行为。然而，这里的重点将放在分析模型上，该模型使用基本数学方程来描述切换行为。从实现的角度来看，这种方法的部分优势在于其节省时间和灵活的特性。
然而，它的准确性取决于用于描述系统的方程以及它们的求解方式。该评论检查跨导非线性，已通过静态和动态测试验证，以验证模型的准确性。静态测试测量器件在不同温度条件下的传递特性，而动态测试将模型产生的预期结果与实验获得的结果进行比较。
该模型
用于分析开关行为的电路(如图 1 所示)是一个双脉冲测试电路。与硅 mosfet 发生的情况类似，碳化硅 mosfet 的开关过程分为四个阶段，使用 matlab 的“ode45”函数求解每个阶段的微分方程。
图1：双脉冲测试电路
在阶段1中，正电压v drive_on 的施加 导致电容器c gd和c gs充电直到v gs超过阈值电压(v th )。在此阶段，mosfet 处于关断状态。满足以下等式：
r g · i g = v drive_on – v gs – l s · (di g / dt) (1)
i g = c gs · (dv gs / dt) + c gd · (dv gd / dt) (2)
v gs = v gd + v ds (3)
当在第 2 阶段，v gs超过 v th 时，通道电流开始与 (v gs – v th )成比例增加。漏电流 i d 和漏源电压 v ds满足以下等式，其中 g m是跨导：
i d = g m · (v gs – v th ) + c gd · (dv dg / dt) + c ds · (dv ds / dt) (4)
v ds = v dc – i d · r d – (l d + l s ) · (di d / dt) (5)
在第 3 阶段，当 v gs 达到等于 (i o / g m ) + v th的米勒平台时，v ds开始下降到对应于导通状态的值。同时， 二极管寄生电容 (c d )上的电压 v d增加，导致 mosfet 通道中产生反向恢复电流。该阶段由以下等式定义：
v ds = v dc – i d · r d – (l d + l s ) · (di d / dt) – v d (6)
c d · (dv d / dt) = i d – i o (7)
在第 4 阶段，v gs增加直到达到值 v drive_on。漏极电流 id 由以下等式表示，其中 r ds_on是 mosfet 的导通电阻：
i d = v ds / r ds_on + c gd · (dv dg / dt) + c ds · (dv ds / dt) (8)
当它发生在关闭状态时，v gs开始下降，直到达到米勒平台。在下一阶段，电压增加，而电流减少。在开关过程的对称性下，如果 v gs大于或等于 (v ds – v th )，则 mosfet 满足等式 (8)。否则，mosfet 遵守等式 (4)。这种状态可以用以下等式来描述：
i d = c gd · (dv dg / dt) + c ds · (dv ds / dt) (9)
电容和跨导的非线性，分别是 v ds和 v gs 的函数，是通过将 matlab 曲线拟合工具应用于每个器件数据表中显示的值来获得的。
实验测试
用于执行测试的设置如图 2 所示，其中红色虚线代表被测器件(裸片或直接焊铜)。动态测试时，可以改变源端在pcb上的位置，选择不同的共源电感值(s 1、s 2、s 3或s 4)，而无需改变回路电感。相同的电路可用于静态测试。
图 2：测试电路原理图
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然而，它的准确性取决于用于描述系统的方程以及它们的求解方式。该评论检查跨导非线性，已通过静态和动态测试验证，以验证模型的准确性。静态测试测量器件在不同温度条件下的传递特性，而动态测试将模型产生的预期结果与实验获得的结果进行比较。
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i g = c gs · (dv gs / dt) + c gd · (dv gd / dt) (2)
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i d = g m · (v gs – v th ) + c gd · (dv dg / dt) + c ds · (dv ds / dt) (4)
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v ds = v dc – i d · r d – (l d + l s ) · (di d / dt) – v d (6)
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i d = v ds / r ds_on + c gd · (dv dg / dt) + c ds · (dv ds / dt) (8)
当它发生在关闭状态时，v gs开始下降，直到达到米勒平台。在下一阶段，电压增加，而电流减少。在开关过程的对称性下，如果 v gs大于或等于 (v ds – v th )，则 mosfet 满足等式 (8)。否则，mosfet 遵守等式 (4)。这种状态可以用以下等式来描述：
i d = c gd · (dv dg / dt) + c ds · (dv ds / dt) (9)
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