碳化硅MOSFET与硅MOSFET的应用对比分析

碳化硅MOSFET具有导通电压低、开关速度极快、驱动能力要求相对低等特点,是替代高压硅MOSFET的理想器件之一。将额定电压、电流相同的碳化硅MOSFET和高性能硅MOSFET应用于反激式变换器中进行对比测试,实验结果表明,在相同的驱动条件和负载条件下,碳化硅MOSFET的开关速度明显快于硅MOSFET;在12 V驱动电平条件下,直接采用碳化硅MOSFET替代硅MOSFET使得变换器的效率明显提升;采用20 V栅极驱动电平,效果更加明显。     

公共支路阻抗耦合对碳化硅MOSFET器件并联电流分配的影响及优化

为了评估公共支路阻抗耦合效应对碳化硅MOSFET器件并联动静态电流分配的影响,改善并联器件间电流分配的一致性,首先建立包含关键寄生电阻和寄生电感的等效电路模型,分析公共支路阻抗耦合对并联器件动态和静态电流分配的影响。然后,针对不同应用工况下并联器件个数不同的问题,提出n个器件并联支路阻抗补偿的方法。通过对并联器件的漏极测和源极侧阻抗进行补偿,可以消除公共支路阻抗耦合效应对并联器件动静态电流分配的影响。最后,搭建支路阻抗补偿前和补偿后的仿真电路和实验平台。结果表明,通过对并联器件支路阻抗进行补偿,可提升并联器件动静态电流分配的一致性,验证了该方法的有效性。     

碳化硅MOSFET结电容模型

针对碳化硅(SiC)MOSFET结电容,提出了一种建模方法。该方法通过统筹考虑寄生电容的物理结构模型、数学模型以及电路仿真模型后优化生成。此处考虑结电容对SiC MOSFET动态特性的影响情况,进而对3种结电容(栅源极电容、栅漏极电容和漏源极电容)进行建模探究,得出适用于SiC MOSFET的非线性结电容模型。最终通过仿真及实验验证,表明该模型具有一定的准确性和合理性。     

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。     

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。     

高功率密度碳化硅MOSFET软开关三相逆变器损耗分析

相比硅IGBT,碳化硅MOSFET拥有更快的开关速度和更低的开关损耗。碳化硅MOSFET应用于高开关频率场合时其开关损耗随着开关频率的增加亦快速增长。为进一步提升碳化硅MOSFET逆变器的功率密度,探讨了采用软开关技术的碳化硅MOSFET逆变器。比较了不同开关频率下的零电压开关三相逆变器及硬开关三相逆变器的损耗分布和关键无源元件的体积,讨论了逆变器效率和关键无源元件体积与开关频率之间的关系。随着开关频率从数十kHz逐渐提升至数百kHz,软开关逆变器不仅能够维持较高的转换效率,还能取得更高的功率密度。最后,在1台9 kW软开关三相逆变器和1台9 kW硬开关逆变器上进行了实验验证。     

基于温敏电参数的碳化硅MOSFET结温测量方法综述

结温测量是功率半导体器件热表征、可靠性研究、状态监测以及健康管理的重要基础,其中基于温敏电参数的方法被寄予厚望.而碳化硅MOSFET作为新一代宽禁带半导体器件,温敏电参数法在其结温测量中的应用也面临着新的挑战.该文简述温敏电参数法的发展,梳理碳化硅MOSFET温敏电参数法的研究现状,重点关注温度特性及具体实现方法,从线...     

电动汽车锂离子电池释热机理及电热耦合模型

分析了锂离子电池放电过程中的温度特性及其释热机理,利用充放电测试仪对其在不同倍率放电过程中电池表面温度的变化进行了研究。通过测试电池内阻及开路电压温度系数,分析了电池内部温度受不可逆热及可逆热的影响,建立了基于可变产热速率的电热耦合模型,并在实验中验证了模型的有效性。在此基础上,给出了电池内部温度的多项式函数估算方法,通过与仿真模型计算结果对比,该方法能较好地满足要求,为电池管理系统在线估计电池内部温度奠定了基础。     

计及电热耦合的动态最优潮流模型与算法

在电热协调概念基础上,结合输电元件随载流变化的电与热之间耦合的规律,以输电元件运行最大允许温度为其热载荷限值,并与传统方法相结合,构建新的动态最优潮流模型。该模型能够实现运行调度中对输电元件随载流变化的热惯性性质的利用,达到有效发挥输电元件输电能力的目的。在此基础上,采用求解微分方程的数值积分方法将该模型转化为代数表达形式的方程,基于内点法进行求解。针对问题的复杂性,进一步结合电热耦合的物理规律,以及内点法迭代过程中修正方程的特点,分别在模型和算法上提出约束数缩减技术和解耦的处理手段,从而降低求解复杂度,提高求解效率。最后通过算例分析验证了该模型和算法的有效性。     

电压自平衡碳化硅MOSFET间接串联功率模块

目前,常见商用宽禁带碳化硅金属-氧化物场效应晶体管（SiC MOSFETs）的阻断电压不超过1.7kV,为提高其等效耐压等级,提出一种二极管-电容混合钳位的间接串联拓扑和准两电平开环调制方法,可实现拓扑中串联器件的电压自动均衡。基于此,该文利用SiC MOSFET裸芯片封装制作了一个3.6kV/20A的间接串联功率模块,并设计出与之配套的驱动保护电路,整体等效为通用中压、两电平功率模块,具有体积小、集成度高的优点。最后通过实验验证了该模块的通用性,以及其在开关损耗和经济性等方面的优势。     

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。     

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。     

SiC MOSFET特性及其应用的关键技术分析

SiC MOSFET(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)以其优越的特性受到国内外学者的广泛关注,采用SiC器件的变换器能够采用高的开关频率、适应高温工作,实现高的功率密度,在一些应用场合能够代替Si基高频开关器件而显著提高电能变换装置的性能。然而,SiC器件与Si器件存在较大的差异,在实际应用中直接替换使用会存在诸多的问题,例如提高工作频率后产生的桥臂串扰、电磁干扰EMI(electromagnetic interference)等问题。目前已有大量关于SiC MOSFET应用研究的文献,但大部分都是针对SiC MOSFET应用中个别问题的研究,尚缺少对SiC MOSFET应用研究成果的系统性归纳与总结的文献。首先基于对SiC MOSFET与Si MOSFET/IGBT(insulated gate bipolar transistor)的静态、动态特性的对比,总结出SiC MOSFET在实际应用中需要关注的重点特性;然后从SiC MOSFET建模、驱动电路设计、EMI抑制以及拓扑与控制方式的选择等方面对已有的研究成果进行归纳与评述;最后指出了SiC MOSFET在应用中所需要研究解决的关键问题。     

3 300V SiC SBD嵌入式MOSFET研制

研制了一种3 300 V 碳化硅（silicon carbide, SiC） 肖特基二极管（schottky barrier diodes,SBD）嵌入式金属-氧化物半导体场效应晶体管（metal-oxide-semiconductor field effect transistors,MOSFET）,即在传统MOSFET结构中集成一个由钛形成的肖特基接触。在芯片制造过程中,通过增加Ni退火后的表面处理工艺,使得栅源短路失效率降低约58%。研究发现,当二极管电流密度J_SD=100 A/cm²时,嵌入式二极管电压降V_SD（SBD）=2.1 V,寄生二极管的开启电压约为8 V,这说明嵌入式SBD可以抑制MOSFET寄生二极管开启,降低碳化硅MOSFET“双极退化”风险。另外,该芯片的阈值电压为3.05 V,比导通电阻和阻断电压分别为18.9 mΩ·cm²和3 955 V,在高压轨交市场具有广阔的应用前景。     

一种提高SiC MOSFET在高开关速率下栅极电压稳定性的驱动电路

高开关速率且栅极电压稳定的驱动是SiC MOSFET高频工作、进而实现功率变换系统小型化和轻量化的关键技术之一.针对如何在高开关速率下稳定驱动SiC MOSFET,并实现可靠的短路保护,根据栅源电压干扰的传导特点,基于辅助器件的跨导增益构建负反馈控制回路,提出一种SiC MOSFET栅极驱动,进而研究揭示该驱动的短路保...     

SiC MOSFET功率器件特性参数的提取与拟合

为了对碳化硅(SiC)MOSFET功率器件的特性参数进行全面的研究,提出了一种碳化硅(SiC)MOSFET变温度参数模型,该模型考虑了功率器件中封装引脚寄生电感、内部寄生电容、体二极管等特性参数,并根据器件的开关过程中的不同阶段,将功率器件中的导电沟道等效为不同电路模型.为获取该模型中的涉及的特性参数,搭建了基于Agi...     

SiC MOSFET模块结温监测研究

碳化硅金属氧化物半导体场效应管SiC MOSFET(silicon carbide metal oxide semiconductor field effect tra-nsistor)以其优异的材料特性成为一种很有前景的高功率密度和高效率器件,而结温是其设计和工作的一个重要参数,也是健康状态的重要指标.为了状态监控的...     

步进电动机单步响应特性的建模与仿真

建立了五相混合式步进电动机恒频斩波恒总流驱动系统包括电流控制部分在内的单步响应特性的仿真模型，对单步响应特性进行了仿真。仿真结果表明新五边形接法、下桥臂斩波的五相混合式步进电动机4～5通电运行时的单步响应特性，存在着四步一循环的轻重步现象。对其进行的理论分析与仿真结果相符。     

SiC MOSFET驱动电路及实验分析

根据SiC MOSFET开关特性,设计了一种SiC MOSFET的驱动电路,在此基础上采用双脉冲测试方法,对SiC MOSFET的开关时间、开关损耗等进行了实验测量,分析了不同驱动电阻对SiC MOSFET开关时间、开关损耗等的影响。