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储能系统技术 储能系统 SiC器件 ★ 4.0

碳化硅MOSFET瞬态解析建模方法简要综述

A Brief Review of SiC MOSFET Transient Analytical Modeling Methods: Principles, Current Status, and Parameters Modeling

作者 Lina Wang · Zezhuo Yuan · Junming Chang · Zaiqia Wu · Fengtian Jiang · Xinqin Liu
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年8月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 SiC器件
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 碳化硅MOSFET 开关瞬态 解析建模 分段线性模型 建模方法评估
语言:

中文摘要

在评估和优化半导体器件开关瞬态性能领域,解析建模方法因其简单、直观和实际适用性等优点而受到越来越多的关注。与相同功率等级的硅基功率器件相比,碳化硅(SiC)金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管(MOSFET)的开关速度更快,这使得其开关瞬态过程对电路中寄生参数的影响极为敏感。这导致出现更复杂的瞬态特性,给 SiC MOSFET 开关瞬态的解析建模带来了挑战。本文综述了现有的用于分析 SiC MOSFET 与二极管对开关瞬态的解析建模方法。介绍了解析建模过程中采用的几种简化措施,并根据简化程度由低到高对现有的解析模型进行了分类。比较和评估了每个模型的优缺点及其适用场景,并详细介绍了兼具高精度和实用性的分段线性模型。此外,本文总结并评估了 SiC MOSFET 开关瞬态建模中关键参数的建模方法。最后,本文讨论了现有 SiC MOSFET 开关瞬态解析模型的局限性,并对未来的改进和发展方向提出了建议。

English Abstract

In the field of assessing and optimizing the switching transient performance of semiconductor devices, analytical modeling methodologies have garnered increasing attention due to their advantages of simplicity, intuition, and practical applicability. Compared to silicon-based power devices of the same power level, the higher switching speed of silicon carbide (SiC) metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (mosfets) makes their switching transient process highly sensitive to the influence of parasitic parameters in the electrical circuit. This results in the emergence of more complex transient characteristics, posing challenges for the analytical modeling of SiC mosfet switching transient. An overview of the existing analytical modeling methods for analyzing the switching transient of SiC mosfets and diode pair is provided in this paper. Several simplification measures used in the analytical modeling process are introduced, and the existing analytical models are categorized based on their level of simplification, ranging from low to high. Each model's advantages and disadvantages and their suitable applications are compared and evaluated, and the segmented linear model with both high accuracy and practicality is presented in detail. Moreover, this article summarizes and evaluates the modeling methods of the key parameters for SiC mosfet switching transient modeling. In the end, this article discusses the limitations of the existing analytical models for SiC mosfet switching transient and suggests directions for future improvements and developments.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇关于SiC MOSFET开关瞬态分析建模方法的综述论文具有重要的战略参考价值。作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商,阳光电源正处于功率半导体技术从硅基向碳化硅转型的关键阶段,而精确的瞬态建模能力直接关系到产品性能优化和市场竞争力提升。

该论文系统梳理的分段线性模型等分析建模方法,对阳光电源在逆变器和储能变流器的设计优化中具有直接应用价值。SiC器件的高开关速度虽然能显著提升系统效率、降低损耗,但同时其对寄生参数的高度敏感性给电路设计带来了新挑战。通过建立准确的瞬态分析模型,我们可以在设计阶段预测和优化开关过程中的电压尖峰、电流振荡等关键特性,减少样机试验次数,加速产品迭代周期,这对于阳光电源保持在1500V大功率逆变器等高端产品领域的技术领先地位至关重要。

从技术成熟度评估来看,论文指出现有模型仍存在局限性,这既是挑战也是机遇。阳光电源可结合自身丰富的实际应用场景数据,参与推动更精确、更实用的建模方法开发,特别是在复杂工况下的模型适应性方面。此外,关键参数建模方法的掌握将帮助我们更好地进行器件选型和供应商评估,优化驱动电路设计,最终实现系统级的EMI抑制、效率提升和可靠性增强。

建议公司加强与学术界在SiC器件建模领域的合作,将理论研究成果转化为实际设计工具,构建差异化的技术竞争优势。