一种基于GaN反向过冲效应的电磁干扰预测算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于GaN反向过冲效应的电磁干扰预测算法，属于电力电子电磁干扰预测研究领域，首先根据以上所述的考虑反向过冲效应的电磁干扰预测算法建立电磁干扰预测解析模型，然后结合数学计算工具得到电力电子器件开关过程中产生的电磁干扰。该模型能够在产品设计阶段，准确预测电磁干扰频谱包络线，且不需要复杂的测量步骤，避免了由于产品不能满足电磁干扰的标准，而带来巨大的经济损失，为电力电子设计工程师设计产品提供了方便。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GaN反向过冲效应的电磁干扰预测算法
本专利技术属于电力电子电磁干扰研究领域，具体为一种基于GaN反向过冲效应的电磁干扰预测解析模型及其建立方法。
技术介绍
近年来，由于电力电子器件的快速发展，其快速的开通和关断过程带来了严重的电磁干扰问题。而且事实证明，基于宽带隙(WBG)的半导体开关器件，例如碳化硅(SiC)MOSFET和氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)，其性能优于最新的Si技术就低损耗和高温性能而言。它们被认为是汽车，航空航天和工业应用中高性能和高功率密度电机驱动器的关键促成因素。WBG设备的短开关转换通常5ns至20ns的范围内，可显着减少开关事件期间的能量损耗，但同时也引起人们对电磁干扰(EMI)增大的担忧。一般来说，分析电磁干扰的方法主要是通过LISN网络进行测量。其中测量的电磁干扰可以分成共模(CM)和差模(DM)两类。然而，测量的过程非常繁琐和复杂，而且一旦产品不能满足电磁干扰的标准，这会带来巨大的经济损失。因此，在产品设计阶段预测电磁干扰的产生变得非常重要。在传统的预测方法中，都是根据系统中的电流来进行预测，计算或仿真每一种拓扑的电流也需要耗费很长的时间。
技术实现思路
为克服上述缺点，本专利技术提出了一种考虑了GaN反向过冲效应，计算精度高，模型更加真实，符合实际情况的的等效开关电压波形及其电磁干扰频谱包络线预测算法。本专利技术是通过以下技术方案来实现：首先根据以上所述的考虑反向过冲效应的电磁干扰预测算法建立电磁干扰预测解析模型，然后结合数学计算工具得到电力电子器件开关过程中产生的电磁干扰。基于密勒平台效应的电磁干扰频谱包络线预测算法的解析式表达式如下：其中，V为漏源电压最大幅值、V1和V2分别为为器件关断和开通过程的第一段电压，V3为GaN反向过冲电压幅值，fs为开关频率，f为频率，tr1、tr2分别对应器件关断过程中的第一、二段上升时间，tf1、tf2分别对应器件导通时的第一、二段下降时间，tm1、tm2分别对应GaN器件反向过冲的下降和上升时间；fc1、fc2、fc3、fc4分别表示第一、第二、第三、第四转角频率。本专利技术一种考虑GaN反向过冲效应的电磁干扰预测算法的建立方法，包括如下步骤：步骤1.GaN晶体管导通时，栅源极短接，反向电流对栅漏电容Cgd反向充电，直到栅漏极电压达到负的阈值电压Vth，计算GaN器件反向导通时间。步骤2.一段时间内，器件保持反向电压保持不变，而后器件导通，漏源电压增大，栅漏电容Cgd放电，直到漏源电压达到0，计算GaN器件反向关断时间。tm2＝RGCgdln(Vth)(2)步骤3.计算GaN器件开关过程中漏源电压的频谱表达式：步骤4.根据谐波次数的不同，将频谱划分为超高频、高频、中高频、中低频、低频五种不同的频段，分别计算频谱包络线的表达式。在超高频范围内，即对于比较大的谐波次数n，等于-1，频谱包络线的表达式为：当n减小时，2nπtm1/T、2nπtm2/T将会小于π而且会逐渐接近于0，因此，等于-1，，为-j,得到高频范围的频谱包络线表达式：当n继续减小时，2nπtr1/T、2nπtr2/T接近于0，等于-j，得到中高频的频谱包络线表达式：当n继续减小时，2nπtf1/T、2nπtf2/T接近于0，等于-1，得到中低频的频谱包络线表达式：在低频范围内，即当n等于1时，最大振幅受开关频率fs分量的限制，得到低频范围的频谱包络线表达式：进一步，基于步骤4的简化分析，从而得到如权力要求1所述的基于GaN器件反向过冲效应的电磁干扰频谱包络线预测算法。与现有技术相比，本专利技术具有以下效益的技术结果：本专利技术能够根据器件手册准确预测电力电子器件在开关过程中产生的电磁干扰频谱包络线，不需要繁琐和复杂的测试过程。而且，在产品设计阶段，预测电磁干扰，也避免了由于产品不能满足电磁干扰的标准，而带来巨大的经济损失，为电力电子设计工程师提供了考虑米勒平台效应的电磁干扰预测的精确的解析模型。附图说明图1为本专利技术的电磁干扰模型算法流程。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术提供一种针对器件实际开关过程的电磁干扰预测算法，为电路设计在考虑电磁干扰大小是否符合标准时，提供了一种考虑反向过冲效应的电磁干扰的解析模型。以下通过对本专利技术提供的算法作详细的说明，并给出了建立模型的具体方案步骤和实现流程。但是其内容并不限制本专利技术的保护范围。步骤1，GaN晶体管关断时，栅源极短接，反向电流对栅漏电容Cgd充电，直到栅漏极电压达到阈值电压Vth。计算GaN器件反向导通时间。步骤2.一段时间内，器件保持反向电压保持不变，而后器件导通，漏源电压增大，栅漏电容Cgd放电，直到漏源电压达到0，计算GaN器件反向关断时间。tm2＝RGCgdln(Vth)(2)根据以上步骤得到如图1所示的器件开关过程中对应的时域解析表达式，如下所示：其中，A、B为时间常数，其表达式如下：步骤四，计算本专利技术考虑GaN反向过冲效应的开关过程电磁干扰预测算法：将表达式S(ω)分成和两部分，部分的和S(ω)1如下：由于，S(ω)1为0，原式可化简为下式：其中，T表示驱动电压的周期，w表示角频率。且w与T可表示为：其中，n为谐波阶数，n可表示为：综上，考虑GaN反向过冲效应的电磁干扰预测解析模型的解析表达式可进一步化简为下式：在电磁干扰测试中，只有噪声频谱的上包络线比较重要。因此，有必要得到解析表达式中随着n变化的最大值S(n)。因此，对上式进一步化简：步骤五，根据谐波次数的不同，将频谱划分为超高频、高频、中高频、中低频、低频五种不同的频段，分别计算频谱包络线的表达式。在超高频范围内，即对于比较大的谐波次数n，等于-1，频谱包络线的表达式为：当n减小时，2nπtm1/T、2nπtm2/T将会小于π而且会逐渐接近于0，因此，等于-1，，为-j,得到高频范围的频谱包络线表达式：由此，确定在超高频范围和高频范围之间的第一转角频率fc1：S1(fc1)＝S2(fc1)(15)因此，当n继续减小时，2nπtr1/T、2nπtr2/T接近于0，等于-j，得到中高频的频谱包络线表达式：计算高频范围和中高频范围的第二个角频率fc2为：当n继续减小时，2nπtf1/T、2nπtf2/T接近于0，等于-1，得到中低频的频谱包络线表达式得到中高频和中低频范围的第三个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GaN反向过冲效应的电磁干扰预测算法，其特征在于，包括如下步骤，首先根据以上所述的考虑反向过冲效应的电磁干扰预测算法建立电磁干扰预测解析模型，然后结合数学计算工具得到电力电子器件开关过程中产生的电磁干扰，解析式表达式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于GaN反向过冲效应的电磁干扰预测算法，其特征在于，包括如下步骤，首先根据以上所述的考虑反向过冲效应的电磁干扰预测算法建立电磁干扰预测解析模型，然后结合数学计算工具得到电力电子器件开关过程中产生的电磁干扰，解析式表达式如下：















其中，
V为漏源电压最大幅值、V1和V2分别为为器件关断和开通过程的第一段电压，V3为GaN反向过冲电压幅值，fs为开关频率，f为频率，tr1、tr2分别对应器件关断过程中的第一、二段上升时间，tf1、tf2分别对应器件导通时的第一、二段下降时间，tm1、tm2分别对应GaN器件反向过冲的下降和上升时间；fc1、fc2、fc3、fc4分别表示第一、第二、第三、第四转角频率；
一种考虑GaN反向过冲效应的电磁干扰预测算法的建立方法，包括如下步骤：
步骤1.GaN晶体管导通时，栅源极短接，反向电流对栅漏电容Cgd反向充电，直到栅漏极电压达到负的阈值电压Vth，计算GaN器件反向导通时间；



步骤2.一段时间内，器件保持反向电压保持不变，而后器件导通，漏源电压增大，栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：张茹，陈文洁，杨旭，闫瑞涛，刘金路，周永兴，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61