不同碳化硅器件的直接比较

本文介绍了意法半导体公司(STMicroelectronics)首次提出的1200V/20A的SiC MOSFET,并与1200V常闭型SiC JFET(结型场效应晶体管)和1200V SiC BJT(双极结型晶体管)作对比。全面比较了3种开关器件工作在T=25℃、电流变化范围(1A~7A)的动态特性,并在T=125℃、ID=7A条件下做了快速评估。尽管SiC MOSFET的比通态电阻(Ron*A)很高,但与另外两种器件相比仍被认为是最有前景的开关器件:SiC MOSFET的总动态损耗远远低于SiC BJT和常闭型SiC JFET,且驱动方案非常简单。因此在高频、高效功率转换领域中,SiC MOSFET是最好的选择。     

电力电子中的碳化硅（SiC）

SiC是提高功率模块中功率密度的一种理想材料,SiC功率器件具有非常低的开关损耗,热传导率很低。本文介绍了SiC混合模块（传统IGBT和SiC肖特基二极管）和全SiC模块的性能,并与传统硅续流二极管（CALHD）和快速硅二极管进行比较。．     

10kV高压SiC GTO模块的研制EI北大核心CSCD

文中提出一款基于自主设计的尺寸为8mm×8mm的10kV碳化硅(silicon carbide,SiC)门极可关断晶闸管(gate-turn-off thyristor,GTO)单芯片封装的焊接式模块。详细介绍10kV SiC GTO模块的设计与制造工艺,通过对比裸芯片与封装后模块在10.5kV阻断电压下的漏电流,验证模块绝缘设计冗余和封装工艺,对模块的动态、静态、极限过流能力、关断增益等性能进行测试并给出初步测试结果。     

宽禁带功率电子器件及其应用专辑特邀主编述评

正相较于传统的硅器件,基于宽禁带半导体材料的功率电子器件在很多方面都体现出了优越的性能,符合功率变换器高效率、高工作温度及高功率密度的发展需求。近几年来,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)功率器件的制造技术发展迅速,多家公司推出了系列商业化产品,宽禁带功率电子器件及其     

碳化硅非线性性质与表面二氧化硅含量关系的研究

碳化硅(SiC)的体积电阻率ρv和非线性系数β与SiC粉料表面二氧化硅(SiO2)的含量有直接关系。研究了酸洗和煅烧处理SiC对SiC粉料表面SiO2的含量的影响以及SiO2含量对SiC的体积电阻率和非线性系数的影响。酸洗后SiC粉料表面SiO2的含量下降，ρv和β比未酸洗的SiC粉料均有所降低；煅烧后SiC表面SiO2含量增加，ρv和β增大。因此通过酸洗或煅烧能有效地调整SiC粉料和防晕带的ρv和β，使其达到实际应用的要求。     

非线性半导体SiC微粉及其半导体漆（带）特性试验方法的研究

本文介绍了非线性半导体 SiC 微粉及其半导体漆(带)伏安特性的测量方法,以及用微机程序计算其非线性特征参数的方法,从而为研究新型防晕结构提供了科学有效的手段。     

用于未来铁路牵引链的SiC MOSFET对偶模块特性

SI基IGBT广泛的应用于铁路牵引变换器上,而在不远的将来,SiC将有望在三个方面突破开关器件的极限：高闭锁电压,高工作温度和高开关速度。如今,第一代SiC MOSFET模块已经在市场出现,并且前景很好。虽然仍旧受限于击穿电压,但这种大间隙器件还是会提高牵引链效率。特别是有望能够明显的降低开关损失,从而能够提高功率重量比。     

基于SiC器件的大功率交错并联Buck电路

交错并联Buck电路能够以较低的开关频率实现高频输出,在与传统的Buck电路输出电流相同的情况下,输出的电流纹波减小,支路电流为主电路的1/2,从而减小了开关管和二极管的电流应力,在一定程度上可以提升电路效率。碳化硅(SiC)作为一种新型材料,可以在高压、大功率、高频、高温条件下应用。在大功率条件下把碳化硅和交错并联Buck电路结合起来,与硅(Si)器件进行对比,通过实验进行验证,结果证明SiC交错并联Buck电路的应用优势。     

基于PLECS的SiC逆变器热设计研究

SiC器件在逆变器中的应用,使散热设计成为了高频逆变器的一个关键技术。为此,文章提出一种基于PLECS软件的SiC三相逆变器热设计方法。建立了SiC逆变器总损耗的计算模型,进行了热阻等效,并分析了散热器热阻值几何结构、特性参数的关系。在此基础上以功率10 kW的SiC MOSFET逆变器为应用对象,在PLECS软件中搭建了SiC逆变器的热-电系统,仿真分析了SiC MOSFET的损耗来源,设计了合适的散热器热阻值,根据散热器热阻模型设计散热器并在实验中完成测试,验证了该热设计方法的合理性与正确性。     

适用于电动汽车的SiC MOSFET PSpice仿真模型研究

为了基于PSpice电路对电动汽车DC/DC变换器中的碳化硅(SiC)MOSFET的工作特性进行实时准确地仿真,针对SiC MOSFET提出了一种新型的电压控制电流源型VCCST(voltage-controlled current source type)PSpice仿真模型。首先,为了获得SiC MOSFET准确的静态特性建立了电压控制电流源作为SiC MOSFET的内核,以描述SiC MOSFET的转移特性和输出特性;然后,为了获得SiC MOSFET准确的动态特性,建立了基于电压控制电流源与恒定电容的栅漏电容(CGD)子电路模型,所提SiC MOSFET VCCST PSpice模型在简化参数提取方法的同时,能够满足模型准确性的要求;最后,建立的SiC MOSFET VCCST PSpice模型应用于Boost变换器进行仿真和实验,并对SiC MOSFET的特性进行测试。测试结果验证了所提SiC MOSFET VCCST PSpice仿真模型的准确性和实时性,从而为SiC MOSFET在电动汽车DC/DC变换器中的设计和应用提供了便利。     

应用SiC混合模块的牵引逆变器

研发了一种结势垒肖特基(JBS)二极管,在3kV电压下,具有低正向电压和低漏电流特性。用Si-IGBTs和SiC-JBS二极管搭建了标准3kV/200A混合模块。通过采用混合模块和高速驱动电路,我们试图降低反向恢复损耗及开通功率损耗。同时,我们估算变流器和逆变器的总能量损耗减小到原来的32.4%。另外,混合模块能成功地驱动列车的感应电动机。     

基于阶梯碳交易的多微网电能合作运行优化策略

为了避免逆变器在运行过程中出现桥臂直通问题,器件的驱动时序中需要插入必要的死区时间。然而,死区会带来逆变器基波电压损失与畸变等问题。尤其当采用SiC MOSFET作为开关器件时,较高的开关频率使得波形畸变更严重,这使得传统应用于Si IGBT逆变器的死区补偿策略已经无法适用。为此,在传统死区消除策略的基础上,提出一种分段调制死区补偿策略。该策略通过建立的预测模型得到过零点处的电流纹波值,并以此划分电流过零区域和非过零区域。当输出电流处于非过零区域时,每相桥臂仅对有效器件进行开关动作,互补器件处于关断状态,以提高基波电压幅值;当处于过零区域时,针对死区时间、寄生电容等因素产生的误差,计算出等效脉冲补偿时间用于补偿误差电压,减少波形畸变。最后,仿真与实验结果证明了该补偿策略相较于传统的死区消除策略可减少低次谐波含量,改善输出波形质量,输出电压的THD可减少1.63%。     

SiC肖特基二极管在大功率PFC中的应用

有源功率因数校正(Active Power Factor Correction,简称APFC)是大功率电源应用的一项关键技术.分析了Boost PFC电路中半导体器件的开关损耗以及SiC肖特基二极管的工作特性.SiC肖特基二极管可以有效降低开关损耗,并有助于大功率APFC电路实现高频率应用.在一台3.6kW的样机上,利用SiC肖特基二极管实现了150 kHz的开关工作频率.     

大电流下SiC MOSFET模块的暂态温度特性研究

由于碳化硅(SiC)的材料特性,在极端温度下,碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)相对传统硅基器件有突出优势。目前对SiC MOSFET暂态温度特性的研究,主要以单管小电流实验为主,大电流下暂态温度特性的研究还不充分。为分析和验证大电流下暂态温度这一特性,在理论分析的基础上,以CREE 1200 V/300 A半桥SiC MOSFET模块为研究对象,通过双脉冲测试平台研究SiC MOSFET模块及其驱动电路在不同温度环境下的暂态性能。对比分析了不同温度下开关时间、开关损耗、电应力及电流、电压过冲的差异,实验结果对SiC MOSFET模块在大电流下的选型和驱动设计具有一定的参考意义。     

基于碳化硅的三相并网逆变器软件设计

新能源发电是当今社会的热点,随着化石燃料的日益枯竭,光伏发电无疑是其中很好的能源替代方案。光伏逆变器是光伏发电中的重要一环,能够将光伏阵列发出的直流电转为交流电输入电网。同时光伏逆变器的效率和性能对光伏发电系统至关重要,高效稳定的逆变器可以将更多的太阳能转化为电能并稳定的持续发电,对节能减排建设环保型能源系统有很大帮助。文中主要进行100 kW三相并网逆变器的软件设计,包括进行电流调节器的设计以及在MATLAB上进行主电路模型的搭建并进行验证,最后证明由于相同损耗下SiC MOSFET的开关频率比Si IGBT更快,所以动态响应更快,能够具有更好的性能。     

基于SiC材料的高效功率器件——双极结型晶体管的响应特性

作为最受关注的SiC材料之一的双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT),具有特定的低阻抗、快速开关和对温度依赖性小的优点。由于其具有大短路电流、无二次击穿,因而具有可靠的工作性能。本文针对该器件,研究了与实际应用有直接联系的特性,并通过设计的一个驱动器做了减少功率损耗的测试研究。随着光伏系统所面临的降低成本的压力要求,其它的一些节能实验不光是集中在SiC技术上,还包括核心材料方面。基于此目的,在实验室测试了设计的一个额定功率为17kW的逆变器,并给出了结果。     

基于SiC MOSFET户用光伏逆变器的效率分析

户用型光伏逆变器的发展趋势是高频化、高效率、高功率密度,近年来,SiC MOSFET在电机驱动、光伏逆变器等场合得到了广泛研究。本文将SiC MOSFET应用于1.6kW两级式光伏逆变器中,提高逆变器的开关频率,对前后两级独立进行了效率分析。在前级Boost中,比较了20 kHz 到100kHz 开关频率下,SiC MOSFET和Si MOSFET 对Boost效率的影响;在后级逆变器中,比较了100 kHz SiC MOSFET逆变器与20 kHz Si MOSFET H6逆变器的效率。搭建了1.6kW两级式光伏逆变器实验模型,采用SiC MOSFET,并在逆变器实验模型上对分析结果进行了实验验证。     

改进型碳化硅MOSFETs Spice电路模型

在高温、高压和高频的电力电子应用中,碳化硅(SiC)MOSFETs展现出了巨大的潜力。为了在宽温度范围内更准确地反映SiC MOSFETs的转移特性,提出了一种简化的含温控电源的SiC MOSFETs的Spice电路模型。温控模型的引入补偿了器件在宽温度范围内阈值电压的变化率和跨导系数,在LTspice电路仿真软件中模拟了SiC MOSFETs在25℃和125℃下的转移特性。与现有的模型相比,仿真结果与实测数据的吻合度得到了进一步的提高。