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基于N端口测量的碳化硅功率模块寄生参数提取方法
Methodology for Parasitic Elements Extraction of SiC Power Module Based on N-Port Measurement
| 作者 | Gregory Almeida · Sebastien Serpaud · Victor Dos Santos · Bernardo Cougo · Fabio Coccetti |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年5月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | SiC器件 功率模块 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 碳化硅功率模块 RL元件寄生提取 散射参数测量 模型构建 优化回归算法 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种基于测量的方法,专注于提取碳化硅(SiC)功率模块换流功率回路中的 RL 元件寄生参数。该方法可视为一个封闭/半封闭盒模型,它针对被测功率模块外部可用的给定数量端口(N)进行一组散射参数(S 参数)测量。所提出的方法使我们能够在数小时内构建一个模型,该模型旨在尽可能贴近功率模块的物理特性进行行为表征。测量的不确定性和误差通过基于最小二乘法的优化回归算法进行处理,该算法采用高斯 - 牛顿 - 拉夫逊方法。为了验证目的,本文给出了使用不同样品的碳化硅功率模块的实验结果。
English Abstract
This article presents a measurement-based methodology focused on the parasitic extraction of RL elements involved in the commutation power loop of silicon carbide (SiC)-based power modules. It can be seen as a closed/semi-closed-box model that considers a set of scattering-parameters (S-Parameters) measurements for a given number of ports (N) externally available in a power module under test. The proposed approach allows us to build, in some hours, a model intended to be a behavior representation as close as possible to the physics of the power module. Uncertainties and errors of measurement are managed by optimization regression algorithm based on least-square using the Gauss–Newton–Raphson method. Experimental results using a SiC-based power module with different samples are presented for validation purposes.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于N端口测量的SiC功率模块寄生参数提取方法具有重要的工程应用价值。作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商,阳光电源产品的核心竞争力很大程度上取决于功率模块的性能优化,而精确的寄生参数模型正是实现这一目标的关键基础。
该方法的核心价值在于通过S参数测量快速建立功率模块的行为模型,这对阳光电源的产品开发具有多重意义。首先,在光伏逆变器和储能变流器的设计阶段,精确的寄生电感和电阻模型能够帮助工程师更准确地预测开关损耗、电压过冲和EMI特性,从而优化母排布局和栅极驱动电路设计。其次,随着阳光电源大规模采用SiC器件以提升系统效率和功率密度,SiC器件的高开关速度使得寄生参数的影响更加显著,传统的经验设计方法已难以满足要求。
从技术成熟度角度,该方法采用成熟的矢量网络分析仪和优化算法,具备较好的工程可实施性。基于高斯-牛顿-拉夫逊法的误差管理机制也增强了模型的可靠性。对于阳光电源而言,这项技术可应用于新产品的快速迭代验证、供应商器件的评估筛选,以及现有产品的性能诊断与改进。
然而,实际应用中仍需关注测量设备的投资成本、不同封装形式的适配性,以及如何将提取的参数有效整合到现有的电路仿真流程中。建议阳光电源建立标准化的寄生参数数据库,将此方法融入产品开发体系,形成差异化的技术优势。