新能源電力係統國家重點實驗室（華北電力大學）的研究人員謝宗奎
、柯俊吉等

，在2018年第21期《電工技術學報》上撰文指出
，在基於碳化矽（SiC）MOSFET器件的高壓高頻變換器中，快速的開關瞬態電流變化率di/dt會作用於換流回路雜散電感上，導致SiC MOSFET器件承受較大的電氣應力，增加係統電磁幹擾。因此，換流回路雜散電感的準確提取對於分析器件的開關特性非常關鍵。

 

所以，該文提出了基於開關振蕩頻率的換流回路雜散電感提取方法，該方法具有不受雜散電阻、測量延時和平台尺寸的限製等優點。最後將該方法與現有的不同雜散電感提取方法進行了對比，驗證了其有效性。

 

由於SiC功率器件具有電流密度高
、開關速度快、導通電阻小
、阻斷電壓高等優勢[1,2]，已被逐漸應用在光伏逆變器[3]、風力發電、電動汽車[4]等領域。與矽IGBT相比

，SiC MOSFET的開關速度更快，導致其對雜散電感更加敏感，在開關過程中容易帶來嚴重的問題，如開關振蕩[5]

、電磁幹擾（Electromagnetic Interference, EMI）[6]和額外的功率損耗以及電氣應力[7,8]。

 

為了預估器件在開關過程中所受電氣應力，並為實際應用提供測試參考，需要對SiC MOSFET換流回路雜散電感進行準確提取。

 

目前，雜散電感的提取方法主要可以分為4類：解析法、數值計算法、直接測量法和間接測量法。

 

jiexifazhuyaoshitongguodianganjisuandelilungongshi，tongshigenjudaicewutidexiangguancanshuduidaicewutidezasandianganjinxinggusuan。zhezhongfangfayibanzhishiyongyujishaoshutedingdeguizedaotihuozhiliumupai，erduiyuduoduanjiegougeyidaotiheqijianzuchengdehuanliuhuilu，qizasandiangantongchanghennanjinxingjisuan[9]。

 

數值計算法主要依賴於有限元分析或部分元等效電路方法來解麥克斯韋方程（如ANSYS Q3D Extractor）。此方法根據被測物體的幾何尺寸和材料信息來分析計算電感和電容[10-12]。

 

然(ran)而(er)，當(dang)被(bei)測(ce)物(wu)體(ti)的(de)物(wu)理(li)結(jie)構(gou)變(bian)得(de)複(fu)雜(za)時(shi)，該(gai)方(fang)法(fa)不(bu)但(dan)計(ji)算(suan)時(shi)間(jian)長(chang)，而(er)且(qie)收(shou)斂(lian)性(xing)差(cha)。此(ci)外(wai)，若(ruo)仿(fang)真(zhen)過(guo)程(cheng)中(zhong)設(she)置(zhi)的(de)電(dian)流(liu)路(lu)徑(jing)與(yu)實(shi)際(ji)的(de)電(dian)流(liu)路(lu)徑(jing)不(bu)同(tong)，就(jiu)會(hui)導(dao)致(zhi)仿(fang)真(zhen)結(jie)果(guo)與(yu)實(shi)際(ji)值(zhi)存(cun)在(zai)偏(pian)差(cha)。

 

直接測量法又可以分為時域反射測量和頻域阻抗測量兩種方法。時域反射法基於傳輸線理論
，並從延遲時間的反射信號中提取寄生電感[13]，但複雜的實驗設置、特殊硬件以及多步迭代過程限製了其應用範圍。

 

阻抗測量方法使用阻抗分析儀對待測對象的兩個端子之間的阻抗進行測量[14-16]，但dan這zhe種zhong方fang法fa目mu前qian僅jin限xian於yu待dai測ce對dui象xiang兩liang個ge端duan子zi之zhi間jian的de單dan端duan口kou測ce量liang。當dang其qi他ta端duan子zi保bao持chi懸xuan空kong狀zhuang態tai時shi
，懸xuan空kong端duan子zi和he大da地di之zhi間jian的de感gan應ying電dian容rong會hui對dui阻zu抗kang測ce量liang造zao成cheng影ying響xiang
，引yin入ru測ce量liang誤wu差cha。此ci外wai
，這zhe種zhong測ce量liang方fang法fa所suo需xu的de測ce量liang設she備bei較jiao為wei昂ang貴gui

，並bing且qie對dui待dai測ce對dui象xiang的de尺chi寸cun有you所suo限xian製zhi。

 

現(xian)有(you)的(de)間(jian)接(jie)測(ce)量(liang)法(fa)主(zhu)要(yao)是(shi)根(gen)據(ju)電(dian)感(gan)的(de)伏(fu)安(an)特(te)性(xing)關(guan)係(xi)進(jin)行(xing)求(qiu)解(jie)，利(li)用(yong)開(kai)通(tong)或(huo)關(guan)斷(duan)漏(lou)源(yuan)極(ji)電(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)和(he)對(dui)應(ying)時(shi)間(jian)段(duan)的(de)漏(lou)極(ji)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)來(lai)提(ti)取(qu)雜(za)散(san)電(dian)感(gan)。

 

根據對測量所獲取的電壓和電流波形進行數學處理的方法不同
，又可將現有的間接測量法分為微分法[8,17]和積分法[18-20]。其中，微分法對電流波形要求較高，而實驗波形通常存在高頻紋波，導致不能準確獲取電流變化率。

 

盡(jin)管(guan)積(ji)分(fen)法(fa)克(ke)服(fu)了(le)微(wei)分(fen)法(fa)對(dui)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)形(xing)狀(zhuang)十(shi)分(fen)敏(min)感(gan)的(de)缺(que)點(dian)，但(dan)由(you)於(yu)回(hui)路(lu)雜(za)散(san)電(dian)阻(zu)的(de)存(cun)在(zai)，積(ji)分(fen)法(fa)積(ji)分(fen)區(qu)間(jian)選(xuan)取(qu)的(de)不(bu)同(tong)也(ye)會(hui)對(dui)雜(za)散(san)電(dian)感(gan)的(de)提(ti)取(qu)結(jie)果(guo)產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang)。此(ci)外(wai)
，這(zhe)兩(liang)種(zhong)方(fang)法(fa)都(dou)需(xu)要(yao)對(dui)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)。

 

一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)，電(dian)流(liu)探(tan)頭(tou)都(dou)比(bi)較(jiao)昂(ang)貴(gui)，而(er)且(qie)測(ce)量(liang)帶(dai)寬(kuan)遠(yuan)低(di)於(yu)電(dian)壓(ya)探(tan)頭(tou)。並(bing)且(qie)這(zhe)種(zhong)基(ji)於(yu)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)的(de)方(fang)法(fa)理(li)論(lun)上(shang)要(yao)求(qiu)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)之(zhi)間(jian)沒(mei)有(you)延(yan)時(shi)。因(yin)此(ci)這(zhe)兩(liang)種(zhong)間(jian)接(jie)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)可(ke)能(neng)適(shi)用(yong)於(yu)矽(gui)IGBT器件測試平台雜散電感的提取。

 

但對於開關速度較快的SiC MOSFET器qi件jian而er言yan，其qi開kai通tong和he關guan斷duan的de時shi間jian都dou隻zhi有you幾ji十shi納na秒miao
，電dian壓ya和he電dian流liu波bo形xing之zhi間jian即ji使shi存cun在zai幾ji納na秒miao的de延yan時shi都dou會hui帶dai來lai很hen大da的de影ying響xiang，而er且qie現xian有you高gao帶dai寬kuan的de電dian流liu探tan頭tou通tong常chang尺chi寸cun較jiao大da
，成cheng本ben較jiao高gao。

 

針對目前雜散電感提取方法存在的問題

，本文提出了一種適用於SiC MOSFET換流回路雜散電感的提取方法，並基於SiC功率器件的開關瞬態特性測試平台對本文所提雜散電感提取方法的可行性進行了驗證。與現有的間接測量方法不同，該方法是基於SiC MOSFET開關瞬態振蕩頻率求解換流回路雜散電感。

 

通過對SiC MOSFETkaiguanguochengdezhendangjieduanjinxingjianmofenxi，tuidaochukaiguanzhendangpinlvyuhuiluzasandianganhezasandianrongzhijiandeguanxi。caiyongwaibucharufenlidianronglairenweidigaibiankaiguanzhendangpinlv，congergouzaochubaohandianganhedianrongcanliangdeshuxuefangchengzu，tongguoxiaoyuanfaqiujiefangchengzu

，jisuanchuhuanliuhuiludezasandiangan。

 

圖1：測試係統框圖