碳化硅控制器用高效散热器开发与验证*

针对碳化硅控制器高效散热的需求开发了一款碳化硅控制器用高效散热器.介绍了该高效散热器的结构和工艺设计方案,应用该散热器开发了一款碳化硅控制器,并通过有限元热仿真研究了该散热器在碳化硅控制器中的散热效果.最后制造碳化硅控制器样机进行台架测试,结果表明开发的高效散热器具有良好的散热效果,可满足碳化硅控制器的散热需求,对于电机控制器高效散热具有较重要的工程应用价值.     

碳化硅控制器用膜电容器设计与测试

针对一款碳化硅控制器用膜电容器,采用有限元热仿真分析和台架测试相结合的方法研究其内部温度分布情况。设计了膜电容器内部结构,介绍了该膜电容器在碳化硅控制器内部的结构布置情况,建立了膜电容器的热仿真模型,重点研究了膜电容器在碳化硅控制器额定工况下的温度分布规律。制作膜电容器样品并在其内部埋设热电偶,对该膜电容器在额定工况下的实际温度进行了台架测试验证。通过仿真和测试结果的对比分析,证明了采用有限元热仿真研究碳化硅控制器用膜电容器的有效性。研究结果对于碳化硅控制器用膜电容器的高效散热设计具有一定的参考价值。     

碳化硅MOSFET在电动汽车热管理系统中的研究

空调压缩机是热泵空调系统的核心,选择合适的功率器件可以提高其控制器的工作效率,从而提高整个系统的效率。这里使用了双脉冲测试电路,对1 200 V的碳化硅MOSFET和硅IGBT的开关损耗进行对比。使用PLECS仿真软件建立两者的热模型,进行系统性仿真,得到效率和结温间的对比结果。最后通过电机对拖实验得出控制器应用碳化硅MOSFET时的效率,验证出在电动汽车热管理系统中,空调压缩机控制器应用碳化硅MOSFET能有更高的效率,有利于电动汽车的热管理。     

一款单管并联电机控制器设计与验证

针对低成本纯电动汽车开发了一款单管并联电机控制器。阐述了该单管并联电机控制器的总体设计方案,并对该控制器的硬件和软件设计方案进行了介绍,提出了基于单管IGBT并联的电机控制器设计方案,并对立式水冷散热器进行了热仿真分析,研究了单管并联电机控制器的散热效果。最后,对试验样机进行了台架测试。从测试结果可以看出,所设计单管并联电机控制器具有良好的控制性能。     

一款48 V BSG电机控制器开发与验证

针对轻型混合动力汽车开发了一款48 V带传动一体化起/发电机(BSG)电机控制器。阐述了该控制器的总体设计方案,对BSG电机控制器的结构、硬件、软件进行了分析,提出了基于功率MOSFET模块的风冷电机控制器设计方案,并对风冷散热板进行了热仿真,研究了MOSFET模块散热效果。最后,对试验样机进行了台架测试,由测试结果可以看出,所设计48 V BSG电机控制器具有良好的控制效果。     

新型110kV碳化硅整流变压器结构分析

介绍一种新型的110kV碳化硅行业用整流变压器,并详细介绍了该产品的设计过程及设计要点,对其结构及经济效益进行了分析。     

电动汽车用高功率电机控制器设计与验证∗

针对电动汽车控制器高功率密度的要求,开发了一款高功率电机控制器.阐述了该控制器的结构设计方案和电气原理,并对硬件和软件的设计方案进行了详细介绍,提出了基于单面散热IGBT模块的高功率控制器设计方案,并针对该高功率控制器的散热效果进行了仿真研究.最后,对高功率电机控制器进行了台架试验,试验结果表明,所设计的高功率电机控制器具有良好的控制器性能和更高的功率密度.     

基于全碳化硅MOSFET的导轨车充电机应用研究

碳化硅器件因其具有高温、高频和低损耗的性能优势,可有效提高系统效率、降低能耗、减小系统体积和重量,在轨道交通领域有广阔的应用前景。为满足轨道交通日趋智能化、小型化、轻量化的发展需求,针对导轨车辅助变流器,研究了基于一种高压全碳化硅MOSFET器件的导轨车辅助充电机,对碳化硅移相全桥充电机进行参数设计,并通过实验验证碳化硅充电机在效率和温升方面的优势,证明了高压碳化硅应用的可行性。     

换流回路的寄生参数对碳化硅MOSFET开关特性的影响

为有效评估换流回路的寄生参数对碳化硅MOSFET开关特性的影响,首先建立了考虑换流回路寄生参数的完整的碳化硅MOSFET开关暂态电路模型,该模型考虑了换流回路负载电感的寄生电容,并将换流回路的寄生电感分为二极管支路电感和其他串联电感两部分,基于所建立的模型分析了器件的开关特性。然后搭建了碳化硅MOSFET动态特性测试平台并提取了对应的等效电路计算模型,通过解析与计算模型的结合分析了换流回路各部分寄生参数对碳化硅MOSFET开关特性的影响。最后通过实验验证了分析结果的正确性。结果表明,在考虑负载电感寄生电容的情况下,换流回路中二极管支路电感与其他串联部分电感对碳化硅MOSFET开关特性的影响不同,且二极管支路电感对关断电压过冲的影响更大。在此基础上,针对电压过冲与绝缘击穿问题,对高压碳化硅MOSFET动态特性测试平台的布局优化与寄生参数设计提出建议。     

6500V SiC MOSFET模块测试与分析

碳化硅器件在高压、高频、高温、大功率、低损耗及抗辐射等方面均比硅基器件拥有巨大优势,可以极大提升电力电子系统的功率、效率、体积及重量等性能指标,在高压输变电、新能源汽车、航空航天、造舰航海等领域具有巨大的应用前景。其电气特性中的动静态特性及高温可靠性作为表征碳化硅功率金属场效应晶体管(metal oxide field-effect transistor,MOSFET)模块性能的必要参数是首先需要分析的环节。然而目前国内对于高压大功率碳化硅MOSFET模块的动静态及高温可靠性参数的测试分析较为贫乏。动静态参数测试是筛选功率模块性能是否达标的必备步骤,可靠性测试是验证模块处于长期高温环境中的极端工作性能,这些测试结果将是反馈优化器件设计和模块封装性能的重要基础,同时对于推动碳化硅功率MOSFET模块的发展和应用具有十分必要的意义。文中旨在较项目组前期4寸碳化硅晶圆制备的芯片封装而成的同等电压等级的碳化硅模块研究的基础上,选取优化芯片设计并在6寸碳化硅衬底上制备而成的碳化硅器件,封装成6500V/50A碳化硅MOSFET模块,并对其进行动静态及高温可靠性测试与分析,验证芯片设计、集成与封装...     

基于碳化硅功率器件的宽输入电压双管正激式直流电源研究

提出了一种高输出功率、宽输入电压范围、良好输出动态特性的太阳能并网逆变器供电电源。该电源采用碳化硅SiC双管正激电路拓扑,输出功率为1 000 W,通过高效的PWM调制控制,可以保证在电池板电压变化很宽的范围内,电源输出直流电压的稳定。首先介绍了碳化硅SiC功率器件的主要特性,分析了双管正激电路拓扑的原理及优点,同时对一些碳化硅SiC-MOSFET等关键器件和碳化硅SiC-MOSFET驱动电路和转化效率进行了分析,并对电源进行了大量的验证实验。验证结果证明了该设计的可行性和优越性。     

基于STM32+CPLD全数字同步伺服驱动器的设计与实现

以通用的高性能伺服驱动器为研究对象,选用STM32+CPLD作为控制芯片,采用转子磁场定向及空间矢量脉宽调制技术,详细介绍了伺服驱动器的硬、软件设计,提出了一款全数字、高性能的永磁同步伺服驱动器的设计方案。其中,针对伺服系统的速度控制器设计了一种PDFF算法,并对PDFF算法进行了测试验证。最后,搭建测试平台,对伺服驱动器进行性能测试。通过与日本安川Σ-7伺服驱动器测试结果进行对比,验证该伺服驱动器设计的可行性与有效性。     

具有相互影响的液位过程自整定PID控制器设计

本文提出了一种具有相互影响的液位过程自整定PID控制器的设计方法,采用了积分阶跃响应法。积分阶跃响应（ISR）是一种模拟动态过程的方法,该方法简单、方便、效率高,因此用该方法设计自整定PID控制器时具有一定优势。本设计方案中采用根轨迹法设计PID控制器,并使用MATLAB对控制系统进行建模和测试。通过对具有相互影响的液位控制过程进行实验,较好的证明了所设计控制系统的瞬态响应和稳态响应。     

具有相互影响的液位过程自整定PID控制器设计

本文提出了一种具有相互影响的液位过程自整定PID控制器的设计方法,采用了积分阶跃响应法。积分阶跃响应(ISR)是一种模拟动态过程的方法,该方法简单、方便、效率高,因此用该方法设计自整定PID控制器时具有一定优势。本设计方案中采用根轨迹法设计PID控制器,并使用MATLAB对控制系统进行建模和测试。通过对具有相互影响的液位控制过程进行实验,较好的证明了所设计控制系统的瞬态响应和稳态响应。     

碳化硅高速电机控制器设计及效能分析

以碳化硅(SiC)器件为代表的宽禁带半导体器件,对比以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表的硅基半导体功率器件,有开关损耗低、开关速度快、器件耐压高等优势。尤其是对于超高速电机控制器的开发,降低控制器损耗和减小电机相电流谐波成分是关键,故将SiC MOSFET作为电机控制的功率半导体元件成为了提升控制器效率、减小控制器体积、优化控制效果的重要方法。此处设计了一款SiC功率器件构成的电机控制器,通过DSP控制核心驱动高速永磁同步电机,测定控制周期与死区时间对谐波成分的影响。然后将其与IGBT器件构成的控制器进行控制效果的对比。实验表明采用SiC器件的控制器损耗更低,可以实现更高的开关频率和更小的死区时间,从而能有效降低电机中的谐波成分,减小温升,控制效果更优。     

碳化硅MOSFET器件特性的研究

由于材料性能的不同,碳化硅MOSFET与硅MOSFET在电气特性方面存在一些显著差异,不能简单地将硅MOSFET直接替换为碳化硅MOSFET。为了准确地掌握碳化硅MOSFET在实际应用中的工作特性,利用双脉冲测试电路对器件特性进行了研究,重点对通态特性和开关特性进行了分析、总结,实验结果可对基于碳化硅MOSFET的变换器优化设计提供指导。     

高压大功率器件用高温栅偏测试装置研制

为准确评估硅IGBT和碳化硅MOSFET等高压大功率器件不同电应力及热应力条件下的栅极可靠性,研制了实时测量皮安级栅极漏电流的高温栅偏（high temperature gate bias,HTGB）测试装置。此外,该测试装置具备阈值电压在线监测功能,可以更好地监测被测器件的状态以进行可靠性评估和失效分析。为初步验证测试装置的各项功能和可靠性,运用该测试装置对商用IGBT器件在相同温度应力不同电应力条件下进行分组测试。初步测试结果表明老化初期漏电流逐渐降低,最终漏电流大小与电压应力有良好的正相关性,栅偏电压越大,漏电流越大。该测试装置实现了碳化硅MOSFET器件和硅IGBT器件对高温栅偏的测试需求且适用于各种类型的封装。     

一款基于双面水冷IGBT的双电机控制器开发与验证

针对双电机混合动力汽车开发了一款双电机控制器。阐述了该控制器的总体设计方案,从系统的结构、硬件、软件进行了分析,提出了基于双面水冷IGBT的双电机控制器设计方案,并对双面水冷散热器进行了热仿真,研究了IGBT模块的散热效果。最后,对试验样机进行了台架试验,由试验波形可看出,所设计的双电机控制器具有良好的控制效果。     

高功率密度双驱动控制器开发与验证

针对新型混合动力机电耦合总成系统开发了一款高功率密度双驱动控制器。详细阐述了该控制器的结构设计方案,并对硬件电气原理和软件控制策略进行了介绍,提出了叠层式七通道的冷却设计方案,并通过有限元仿真对双驱动控制器的散热效果进行了热仿真研究。最后,通过制造样机对双驱动电机控制器进行了台架试验,试验结果表明,所设计的双驱动电机控制器具有高效的冷却效果和稳定的控制性能。     

碳化硅MOSFET桥臂电路串扰抑制方法

与硅MOSFET相比,碳化硅MOSFET更加有利于满足变换器高效率、高功率密度和高可靠性的发展要求。然而在桥臂电路中,上下管之间的串扰问题严重限制了碳化硅MOSFET性能优势的发挥。本文在分析了串扰问题产生机理的基础上,采用了一种改进的基于PNP三极管的有源密勒箝位方法,对串扰进行了有效抑制,并搭建了双脉冲测试平台进行实验验证。实验结果表明,改进的方法能够获得较好的串扰抑制效果,对碳化硅MOSFET的驱动电路设计具有一定指导意义。