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。     

计及温度影响的SiC MOSFET芯片热网络建模

针对雪崩工况下碳化硅(SiC)金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)芯片温升大影响材料热参数变化,往往导致温度计算不准确的问题,提出计及材料热参数温度依赖性的芯片瞬态热网络模型.首先,分析SiC MOSFET芯片材料的温度依赖性,采用多项式拟合获取热参数随温度变化规律;其次,利用扫描电子显微镜获取SiC MO...     

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。     

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 MOS-FET)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...     

基于扩展规格书数据的SiC功率MOSFET建模

本文提出一种实用的SiC功率MOSFET建模方法。所建立的模型可在图形化仿真软件中实现,用于电力电子电路损耗分析。首先,基于器件规格书数据建立器件的静态模型;然后,对SiC功率MOSFET的物理结构、物理特性进行分析,依据分析结果对规格书数据进行扩展,建立模型的各个动态部分,从而构成完整的模型;最后,建立多种商用SiC功率MOSFET模型,并对模型进行仿真和实验验证,验证结果显示模型具有令人满意的精度和适用范围。本文建模方法所用数据仅源自产品规格书,无须通过测量获取规格书之外的其他数据。     

基于传输块的暂态稳定建模

针对暂态稳定分析中发电机和相关控制系统的具体特点,将传输模块划分为大量的线性和少量的非线性表达。利用小干扰稳定分析中的插入式建模技术处理线性部分,先将发电机及辅助控制设备转化为两类基本的传输块,形成相应的数学表达,结合网络方程构成全系统计算模型。与常规的方法相比,在发电机建模、模型修改和状态变量的初值计算方面更为方便。该方法的有效性在一22节点6机系统上进行了验证。     

电力系统暂态稳定计算的面向对象建模

本文将面向对象的方法用于电力系统暂态稳定计算的建模,并采用Ｃ＋＋语言实现了仿真计算。     

SiC MOSFET开关损耗模型

相比于硅(Si)功率器件,碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)具有耐高温、耐高压、低导通电阻、快速开关等优势,能够极大提升开关速度、减小损耗。传统封装所引入的寄生电感(特别是共源极寄生电感)及SiC MOSFET自身特性参数的非线性现象对于SiC器件的损耗有待进一步评估。针对上述问题提出一种SiC MOSFET的开关损耗模型,并采用热学方法进行了开关损耗的测试。实验结果验证了该模型的准确性,为SiC MOSFET的电路设计提供指导和帮助。     

半桥结构中的SiC MOSFET串扰电压建模研究

SiC MOSFET凭借着低开关损耗、高工作频率与高工作温度点等优点,逐渐在高效率、高功率密度与高温的应用场合取代传统的硅功率器件。然而,在高速开关中带来的栅极串扰现象严重制约SiC器件的开关速度。传统的串扰抑制方法重点关注由栅极–漏极寄生电容引入的干扰电压,往往通过减小驱动回路阻抗的方式来降低串扰电压。该文基于SiC MOSFET器件的开关模态,提出考虑共源电感的分段线性化串扰电压模型。该模型基于器件数据手册及双脉冲实验提取的参数,考虑栅极–漏极电容、共源电感、体二极管反向恢复等非理想因素的影响。对比不同电压点、电流点与电阻值下实验与模型的输出结果。该模型表明,串扰电压是由器件栅极–漏极电容、共源电感与驱动回路阻抗共同作用的结果。单一降低驱动回路阻抗的方式对串扰电压的抑制效果有限。基于提出的模型,该文给出串扰电压抑制的指导方法,可直接用于SiC MOSFET驱动电路的设计。     

相域恒阻抗同步电机移频电磁暂态建模与仿真

同步电机是电力系统中重要的发电设备,其暂态模型是否准确直接影响系统仿真精度。为满足电力系统低频-高频不同速率暂态过程准确、快速仿真的需求,提出了相域恒阻抗同步电机移频电磁暂态仿真模型。首先,基于希尔伯特变换与坐标变换,采用解析信号重构了同步电机方程。引入移频变换,建立了离散化的诺顿电路等效暂态仿真模型。模型具有直接的机网接口。进一步通过添加额外的虚拟绕组并提出虚拟绕组参数设置方法,使电机模型导纳矩阵为恒导纳矩阵,避免了每个时间步长需更新系统导纳矩阵的问题。所提出的电机模型通过设置不同的时间步长、移动频率、虚拟绕组参数,能够同时实现准确的高频暂态过程仿真和高效的低频暂态过程仿真。最终,通过与传统电磁暂态仿真模型的对比,验证了所提出相域模型的准确性与高效性。     

电力系统辨识建模和暂态稳定校核分析

总结了东北电网发电机、励磁系统、原动机和调速系统以及综合负荷四大参数测试工作的阶段研究成果,结合东北电网通辽电厂２００ＭＷ 轮发电机全套参数的测试结果,进行了２００ｋＶ线路带负荷切除现场试验。对实测参数进行动态校核,证明参数辨识方法的有效性;并应用于暂态稳定的分析计算,为提高电厂总出力提供了依据,取得了预期的效果。     

大功率SiC MOSFET驱动电路设计

在实际工程应用的基础上,针对50k W/1MHz的高频感应加热大功率SiC MOSFET电路要求及SiC MOSFET开关特性进行开发研究。通过对SiC MOSFET的开通过程特性进行详细研究,得出使其可靠、安全驱动的要求,在现有已经成熟应用的Si MOSFET驱动电路基础上对其进行改进,研究适合工作在兆赫范围内的SiC MOSFET驱动电路。并采用双脉冲实验验证所设计驱动电路的基本特性及确定最佳门极电阻参数。     

SiC MOSFET开关损耗测试方法研究

准确测量金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor,MOSFET)开关损耗,是正确评估碳化硅(silicon carbide,SiC) MOSFET开关特性、优化驱动电路、降低损耗的前提。由于SiC MOSFET具有较高的开关速度,传统的双脉冲测试方法存在测量延时、高频振荡等问题,导致损耗评估这一在Si IGBT时期并不严重的问题在SiC时代更加凸显。该文首先对理想开关过程进行分析,提出一种由开关时序特征来校准测量延时的方法,并考虑到实际开关过程中寄生参数的影响,对延时校准方法进行改进;其次分析开关暂态过程中的高频振荡,提出一种计算高频振荡产生附加开关损耗的方法,在保证器件安全的前提下,通过综合开关损耗最优原则对驱动电路参数进行筛选;最后以一款自主封装的全SiC MOSFET功率模块为例,对测试方法进行评估验证,设计结果应用于一款车用驱动控制器,和相同功率等级的Si IGBT控制器进行测试对比,证明文中方法的正确性和实用性。     

负载大小对SiC MOSFET开关速度的影响

现有研究多关注驱动电阻、驱动电压、寄生参数等对碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关特性的影响,鲜有文献研究负载大小的影响。针对负载大小影响SiC MOSFET开关速度这一现象,建立开关过程模型,结合其转移特性分析此现象产生的原因,仿真和理论分析表明,SiC MOSFET的开通速度随负载增大而降低,关断速度随负载增大而增加。使用SiC功率模块进行双脉冲测试,结果验证了理论分析的正确性。     

寄生电感对SiC MOSFET开关损耗测量的影响

双脉冲测试是评估器件动态特性的重要手段.测试电路的寄生参数将对测试结果产生直接影响.基于双脉冲测试平台,研究并评估寄生电感对碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)开关损耗测量的影响.首先,用低感电阻替换测试电路中的续流二极管,通过对母线电容放电状态下的电压和电流波形进行高阶多项式拟合,计算得到双脉冲测...     

考虑寄生参数影响的碳化硅MOSFET开关暂态分析模型

为了评估回路及封装寄生参数对碳化硅MOSFET开关特性的影响,首先建立包括所有寄生参数的开关暂态等效电路模型,详细分析器件开通和关断整个开关暂态过程。然后,在考虑实际器件的负压偏置及器件寄生电容的非线性变化的基础上,推导碳化硅MOSFET所承受电气应力(电压过冲、电流过冲)的简化解析式。其次,基于开通和关断过程的小信号等效电路讨论振荡频率与寄生参数之间的关系。最后,通过对比实验和计算结果,验证了该分析模型的合理性,且能够反映出寄生参数碳化硅MOSFET开关特性的影响规律。     

SiC MOSFET与SiC SBD换流单元瞬态模型

相较于硅(Si)器件,碳化硅(SiC)器件所具有的高开关速度与低通态电阻特性增加了其瞬态波形的非理想特性与对杂散参数影响的敏感性,对其瞬态建模的精度提出更高的要求。通过功率开关器件瞬态过程的时间分段、机理解耦与参数解耦,突出器件开关特性,弱化物理机理,简化瞬态过程分析,建立基于SiC MOSFET与SiC SBD的换流单元瞬态模型。理论计算结果与实验结果对比表明,该模型能够较为精细地体现SiC MOSFET开关瞬态波形且能够较为准确地计算SiC MOSFET开关损耗。该模型参数可全部由数据手册提取,有较强的实用性。     

局部放电对SiC MOSFET控制单元影响研究

近些年,碳化硅(SiC)半导体器件因其材料优势,可提高电力电子变换器的性能,引起了国内外学者的广泛关注。SiC功率器件的高压化推动了以电力电子变压器为代表的电力电子装备电压等级的提升,使得电力电子装备中的控制单元面临局部放电的威胁,亟需开展局部放电对控制器的影响分析。针对应用在高电压工况条件下,局部放电对其控制电路的影响,设计了相关试验,标定了在150 pC局部放电量条件下,数字信号处理器(DSP)芯片模块的输出波形受到较大影响,而电容、电阻等结构在该放电量下并未对输出波形产生明显影响,为以后相关设计提供了定量参考。