碳化硅MOSFET的变温度参数建模

为在全温度范围内准确反映碳化硅(silicon carbide,SiC)MOSFET的工作特性,提出一种基于Pspice仿真软件的SiC MOSFET变温度参数模型。该模型中引入温控电压源和温控电流源以补偿SiC MOSFET静态特性随温度的变化,同时着重考虑了SiC MOSFET的低温特性和驱动电路负压的影响。详细阐述建模原理,分析各个关键参数对SiCMOSFET静态特性及动态特性的影响,给出建模原理。搭建基于Buck变换器的SiC MOSFET测试实验样机,在不同电压点、电流点及温度点(25-125℃)下进行实验测试,并将测试结果与基于变温度参数Pspice模型的仿真波形和损耗估算结果进行比较。比较结果高度吻合,功率损耗误差在10%以内,验证了提出的变温度参数模型的准确性和有效性,为实际应用中采用SiC MOSFET器件进行系统分析和效率评估提供了重要的依据。     

考虑变温度影响的SiC MOSFET建模与分析

为了准确反映SiC MOSFET在不同温度下的电气特性,对影响SiC MOSFET电气特性的关键参数进行了分析,提出了一种SiC MOSFET等效电路模型。首先,根据SiC MOSFET阈值电压和跨导随温度变化的规律,采用函数拟合的温控电源模型对SiC MOSFET的阈值电压和漏极电流进行补偿;其次,考虑寄生电容与极间电压的关系,采用电容子电路和可变电容模型对SiC MOSFET的寄生电容进行等效模拟,根据SiC MOSFET体二极管对其静、动态特性的影响,利用独立二极管模型描述体二极管特性,进而建立SiC MOSFET的等效电路模型。最后,在不同温度条件下,对该模型进行了仿真并与实验测试结果进行了对比。结果表明所建模型较为准确地描述SiC MOSFET在较宽温度范围内的静、动态特性,验证了模型的有效性。     

基于Buck电路的SiC SBD模型

此处提出了一种用于电路仿真的碳化硅肖特基二极管(SiC SBD)模型,并且详细提取了模型参数.该模型精确考虑了二极管的反向I-U特性,并且简化了电阻温控模型.模型中的电压控制电流源被分为两个电流源,正向偏置电流源和反向偏置电流源.所提出模型的参数均从数据表中提取.PSpice电路仿真软件已经实现了提出的新模型.与传统的PSpice仿真模型相比,该新模型的准确性更高.同时,此处建立了一个降压变换器来比较SiC SBD和硅(Si)二极管的性能.     

混合电动汽车辅助储能系统的研究

针对混合电动汽车在城市交通中频繁加速减速的特点,设计了基于超级电容储能的电动汽车辅助储能系统,选择两相交错式半桥拓扑双向DC/DC变换器作为超级电容的充放电电路.重点设计双向DC/DC变换器对超级电容的充放电控制,采用平均电流控制的两个电感电流内环和一个电压外环的控制策略,并对电动汽车辅助储能系统进行了Simulink仿真,从而有效验证了超级电容在电动汽车中应用的优势.     

基于PSpice的SiC MOSFET的关键参数建模

分析研究了SiC金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)各参数与其动、静态特性的内在关系,提出了一种基于PSpice的SiC MOSFET建模新方法。通过引入电压控制电压源对栅极阈值电压进行补偿修正,采用两种不同的结电容模型描述各端电压不同而带来的结电容的变化,并同时增加了MOSFET的漏源电阻、栅极电阻随温度变化的变温度子模型。新模型可全面准确反映SiC MOSFET的动、静态特性,为SiC MOSFET的开关过程分析、损耗计算及主电路设计提供了重要依据。     

平均电流控制法在电动汽车用DC/DC变换器中的应用

以电动汽车用非隔离式DC/DC变换器的电路为例,对平均电流控制法和电压控制法进行了比较,提出了有益于电动汽车用DC/DC变换器响应速度的控制方式.通过理论分析和仿真结果表明,平均电流控制法比电压控制法具有更快的响应速度和更好的动态性能.     

一种混合开关电感和开关电容的高增益DC/DC变换器

针对传统Z源DC/DC变换器存在的输入电流不连续、输出电压增益不够高和功率器件电压应力较高等不足,利用开关电感和开关电容技术,提出了一种混合开关高增益DC/DC变换器。该变换器主电路中只用到1个储能电容,结构简单,与现有典型的高增益阻抗源DC/DC变换器相比,所提出的混合开关电感和开关电容的DC/DC变换器可以实现更高的输出电压增益,同时电容和开关器件的电压应力较低。详细分析了所提变换器的工作原理,通过在实验室中所建立的输入电压16～40 V、输出电压26～107 V和输出功率7～114 W的原型验证了其性能。     

SiC MOSFET串联短路动态特性

在电力电子系统中,因器件击穿、硬件电路缺陷或系统控制失误导致碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)误开通时,桥臂电流回路中多个器件处于开通状态,形成串联短路故障.该文以SiC MOSFET半桥电路为研究对象,详细介绍SiC MOSFET串联短路的动态过程,理论分析负载电流、栅极驱动电压和结温温升对SiC MOSFET短路动态特性的影响规律,推导出SiC MOSFET分压模型,并采用仿真模型进行验证.实验基于1200V/80A SiC MOSFET测试平台验证电路参数对短路损耗和结温分布的影响.理论与实验结果表明,SiC MOSFET串联短路分压特性对电路参数具有较高敏感度,漏极电压与漏极电流不平衡动态变化会改变器件短路损耗,进而影响结温温升,造成串联短路SiC MOSFET不稳定变化.     

用于SiC MOSFET开关电压测量的非接触式电场耦合电压传感器EI北大核心CSCD

准确测量碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)开关电压是评估SiC MOSFET开关特性、计算开关损耗、优化变换器设计的关键。随着SiC MOSFET开关速度、耐压及功率密度的提升,开关电压测量难的问题逐渐凸显,因此对电压传感器的带宽、耐压和侵入性提出了新的要求。该文以SiC MOSFET的开关电压为研究对象,根据目前开关电压的测量需求,提出一种利用电场耦合原理测量开关电压的非接触式电压传感器,并设计混合积分电路对传感器输出信号进行电压重构。在此基础上,通过仿真和计算着重分析电场耦合电压传感器的结构和电路参数的设计依据。传感器带宽范围为5Hz~260MHz,量程为-1000~+1000V,输入电容约为0.73pF,最后利用双脉冲测试,将其与商用示波器探头的测量结果进行对比,验证电场耦合电压传感器的准确性。     

考虑器件工作温度影响的Si C功率MOSFET建模

提出一种基于MATLAB/Simulink的SiC功率MOSFET全工作区变温度参数建模方法。在Si基横向双扩散MOSFET模型的基础上,采用与温度相关的电流源和电压源补偿器件漏极电流和阈值电压的变化。通过补充实验拓展SiC功率MOSFET的饱和区工作特性曲线,并根据Si C功率MOSFET的工作特性,采用数学拟合的方法来提取模型参数。在保留各个参数物理意义的同时,摆脱建模过程对物理参数的依赖。在不同电压、电流及温度(25~200℃)的情况下对器件的输出特性、转移特性、阈值电压、导通电阻及开关损耗进行测试,将测试结果与MATLAB/Simulink模型仿真结果进行性比较。模型仿真结果与实际测试结果一致,开关损耗误差在7%之内,验证了模型的准确性及有效性,为实际应用Si C功率MOSFET时系统性能及损耗分析提供参考依据。     

基于SiC MOSFET的移相全桥ZVS变换器

移相全桥ZVS变换器通过软开关技术,显著地减小了开关损耗,并进一步提高装置的效率,得到了广泛应用,但传统移相全桥ZVS变换器在低压大电流情况下整流二极管导通损耗较大。首先采用同步整流技术,降低了次级整流管的导通损耗;然后采用在原边加箝位二极管的方法抑制了副边整流管两端的电压尖峰;并且采用在原边串联隔直电容的方法抑制直流分量;最后用Saber搭建SiC MOSFET半桥模块的仿真模型,通过MATLAB和Saber协同仿真来验证高频下SiC MOSFET的工作特性。     

基于超级电容储能的SiC器件变流器性能分析

超级电容储能系统的促进功率响应能力优势是改善分布式发电电源的电能输出效率的有效方式,为此利用SiC器件设计SiC MOSFET典型等效开关模型,并将其应用到超级电容储能系统中,进一步提升系统单位能量的传输能力。基于超级电容器工作原理,建立超级电容储能系统数学模型,有效分析基于超级电容储能的SiC器件变流器性能。经仿真验证,超级电容器可准确响应功率由负到正的变化;随着传输功率的逐渐增大,基于超级电容储能的SiC器件变流器传输效率也呈现上升趋势,在功率接近储能系统变流器额定功率时,变流器效率逐步稳定,运行效率在98%左右;响应速度较快,输出电压波动以及输出功率的波动幅度较小,具备较强的输出抗干扰性;达到电压稳定输出的时间较短,且超调量较低。     

抑制共模电磁干扰的并联有源补偿电路设计

讨论了并联有源共模电磁干扰抑制中的两种不同补偿电路结构,通过建立带有补偿电路的单相半桥逆变器共模电流等效模型,详细介绍了两种补偿电路的设计过程,讨论了影响补偿电路补偿效果的两个因素,实验验证了设计补偿电路能够产生与噪声源共模电流大小相等方向相反的补偿电流。     

Hybrid DC–DC converter with high efficiency,wide ZVS range,and less output inductance

In this paper, a new soft switching direct current (DC)–DC converter with low circulating current, wide zero voltage switching range, and reduced output inductor is presented for electric vehicle or plug‐in hybrid electric vehicle battery charger application. The proposed high‐frequency link DC–DC converter includes two resonant circuits and one full‐bridge phase‐shift pulse‐width modulation circuit with shared power switches in leading and lagging legs. Series resonant converters are operated at fixed switching frequency to extend the zero voltage switching range of power switches. Passive snubber circuit using one clamp capacitor and two rectifier diodes at the secondary side is adopted to reduce the primary current of full‐bridge converter to zero during the freewheeling interval. Hence, the circulating current on the primary side is eliminated in the proposed converter. In the same time, the voltage across the output inductor is also decreased so that the output inductance can be reduced compared with the output inductance in conventional full‐bridge converter. Finally, experiments are presented for a 1.33‐kW prototype circuit converting 380 V input to an output voltage of 300–420 V/3.5 A for battery charger applications. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

EV充电器中DC/DC变换器共模EMI研究与抑制

直流/直流(DC/DC)变换器是电动汽车(EV)充电器的重要组成器件,同时也是影响电动汽车充电器电磁环境的主要干扰源之一。针对充电器中DC/DC变换器产生的共模电磁干扰(EMI),基于电磁干扰源和干扰传播路径,提出一种带钳位二极管的电压互补性移相ZVS-DC/DC全桥变换器对变换器产生的共模电磁干扰进行抑制。首先对充电器中降压型DC/DC全桥变换器的工作原理和其中主要的EMI干扰源进行分析,其次对DC/DC变换器共模电磁干扰传播路径进行建模和理论推导,最后在Matlab软件上对产生的共模电磁干扰进行仿真分析。文中搭建了采取抑制方法后的变换器电路,并通过仿真验证该方法的可行性。对结果进行分析,该方法能有效的降低DC/DC变换器的共模电磁干扰,使电动汽车充电器的电磁兼容性得到了提高。     

考虑电流指令跟踪能力的PQ控制逆变型分布式电源故障模型

从逆变型分布式电源(IIDG)的数学模型、控制原理和参数设计角度出发,分析不同参数、故障前工况和故障严重程度条件下变流器电流对其指令的跟踪情景,进而提出一种考虑变流器电流指令跟踪能力的IIDG对称故障模型。该模型根据变流器电流能否准确跟踪指令将IIDG等值为压控电流源和压控电压源这2个阶段,可更加准确地反映对称故障期间IIDG的控制特性。与现有方法及电磁暂态仿真软件计算结果的对比分析表明,所提方法在简化计算的同时具备更高的计算精度。     

电压源换流器接地方式对直流配电系统的影响

针对低压直流(Low Voltage Direct Current, LVDC)配电系统分析比较了电压源换流器不同接地方式的优缺点。分别在换流器电容中点直接接地和高阻接地方式下,对换流器交流出口处不对称故障特性和直流线路单极接地故障特性进行了分析,并建立LVDC电磁暂态模型进行了仿真研究。对比系统不同工况下的暂态性能可知,电压源换流器电容中点高阻接地方式优于直接接地方式。高阻接地的方式对限制故障电流更为有利,同时也有利于直流配电系统故障消除后的快速恢复,这为未来直流配电系统保护方案的配置奠定了基础。     

基于电压控制特性的电压源型多端直流/交流系统潮流求解

由于基于电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术具有良好的可控性,对负荷中心供电、风电消纳、孤岛电力传输等适应能力强,电压稳定性好,因此具有良好的应用前景。当前对VSC-HVDC系统主要基于定功率控制模式进行潮流计算,而很少考虑到实际的换流器电压控制能力。为了更加精确地反映实际电网中VSC的电压控制特性,文中建立了基于VSC的电压控制模型,考虑了换流器损耗、交流滤波器、换流器容量限制等的影响,并基于电压控制特性提出了VSC多端直流/交流系统的通用潮流求解方法。对直流电网功率分布变化和N-1故障以及多端直流/交流系统的潮流算例分析表明,所提的潮流算法能够反映直流换流器的电压控制调节能力,验证了基于VSC的多端直流/交流系统在考虑换流器电压控制特性后的潮流方法的有效性、合理性以及算法的快速性。     

基于WBG器件的零电流直流隔离变换器研究

提出了一种可在零电流开关ZCS(zero-current switch)下仅通过功率开关器件达到直流隔离效果且输出电压在一定范围可调的直流变换器拓扑结构。首先分析了该变换器稳态时的工作原理及电路模型,并推导出了在含有寄生参数下的输出电压数学表达式;然后通过接触电流TC(touch current)对电路的隔离性能进行了评估,并论述了共模漏电流的抑制方案以提升电路隔离效果;最后基于宽禁带WBG(wide bandgap)材料碳化硅MOSFET下设计了原理性实验样机,并对理论分析进行了验证。