电动汽车SiC MOSFET风冷逆变器的散热器设计

电动汽车驱动逆变器对功率密度具有很高要求,驱动逆变器的散热设计不仅影响电驱动系统能否可靠运行,同时散热系统的体积也成为制约逆变器功率密度的瓶颈。基于20 k W电动汽车Si C MOSFET风冷逆变器,分析散热器热阻与其几何尺寸的关系,在满足逆变器散热要求的条件下,对散热器风扇个数、散热沟槽数、肋片厚度以及散热器的沟槽长度进行设计,并分别采用热仿真和实验对理论设计进行比对。     

电动汽车用逆变器的电磁兼容性设计

车用逆变器是电动汽车的核心组成部分之一。由于电动汽车运行环境的复杂性，逆变器处在大量的电磁干扰之中，车用逆变器的电磁兼容性能直接决定着系统能否安全可靠地工作。从工程角度介绍了如何对车用逆变器进行电磁兼容性设计，该设计已应用于实际电动汽车，且运行效果良好。     

100kW碳化硅三相并网逆变器设计

随着人们环保意识的不断提高,传统的化石能源越来越无法满足人们的要求,以太阳能为代表的可再生新能源逐渐引起人们的关注。而并网逆变器作为新能源与电网连接的关键一环,其性能对于整个电网系统都起着至关重要的作用。传统的光伏并网逆变器通常采用IGBT器件,但由于该种器件的开关速度受到电导调制效应影响,使得逆变器的开关频率难以提高,这就限制了光伏逆变器效率和功率密度的提升。与传统的Si器件相比,基于SiCMOSFET器件的耐压更高、导通电阻更低,并且器件结电容、门极电荷量更小,所以可以达到更快的开关频率,利于提高效率。文中主要进行了碳化硅三相并网逆变器的硬件电路设计,包括主电路参数的设计以及驱动电路的设计,并在MATLAB上进行开环仿真验证。从损耗分析的角度说明了SiC器件相比于Si器件的优势,得出了SiC器件在相同损耗下的开关频率更高的特点。     

基于全碳化硅的车辆辅助逆变器应用研究

为满足轨道交通高频化、小型化、轻量化、高功率密度的发展需求,在此研究一种基于高压全碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的轨道车辆辅助逆变器。采用某型号SiC器件建立20 kW试验平台,验证SiC器件运行的可行性与稳定性,并通过对比SiC器件与硅(Si)器件性能,证明SiC器件的高效性。     

电动汽车双向阻抗源逆变器分析与控制

提出一种新型双向功率流阻抗源逆变器(Z-Source Inverter,简称ZSI)拓扑结构,以有效解决ZSI在DCM模式时输出电压不可控、系统失稳的难题.详细分析了系统工作原理和PWM信号发生方式.采用开关信号流图SFG方法建立系统稳态与动态模型.并从动态小信号模型推导出系统的传递函数.分析了系统稳定性和动态特性,对两个控制变量(D,M)进行解耦.设计了双环控制器以提高系统动态性能和稳定程度.研制开发了一台55 kVA双向功率流ZSI来验证所提拓扑和控制方法的有效性,实验结果证明系统性能优良,可有效应用于电动汽车等领域.     

基于新型四开关逆变器的集成式电动汽车充电器

对基于新型四开关逆变器的集成式电动汽车充电器进行研究。这种充电器通过重复利用逆变器、电机绕组、传感器以及控制和驱动电路,大幅降低了电机驱动和电池充电系统的成本、重量和体积。在分析集成式充电器的运行原理,并提出了其运行于电力拖动模式和电池充电模式时所采用的调制和控制策略,并在此基础上搭建了仿真模型。仿真结果表明,当这种集成式充电器运行于电力拖动模式时能够在电机绕组上产生正弦电流,使电机正常旋转;当其运行于电池充电模式时,能对电池进行充电,输入功率因数接近于1,输入电流谐波含量较低。     

多重串联型逆变器在电动汽车中的应用

多重串联型逆变器应用于电动汽车有诸多优点。串联结构输出电压矢量种类大大增加，增强了控制的灵活性，提高了控制的精确性；同时降低了电机中性点电压的波动。逆变器的旁路特点可提高充电和再生制动控制的灵活性。     

1kW光伏并网逆变器的设计

介绍了1kW并网逆变器的设计。详细地介绍了逆变器的基本设计和关键技术,以及并网电流的控制策略。并且完成试验装置,验证了逆变器的稳定性和控制策略的可靠性。     

基于分立器件并联型碳化硅逆变器的叠层母排设计研究

在分立器件并联型碳化硅逆变器中,主功率回路叠层母排的设计需满足低寄生电感、外电路对称及器件均温的目标。然而,现有叠层母排的结构方案大多针对的是功率模块,对于分立器件并联型叠层母排缺乏系统性的设计方法。首先以两管并联为例,展示分立器件并联型叠层母排的三维结构特征。接着提出一种分立器件并联型叠层母排寄生电感建模以及解耦计算方法,为评估并联支路寄生电感大小和对称性提供依据。最终基于Ansys Q3D的参数化仿真分析,对不同器件布局以及关键物理尺寸进行寻优,总结出分立器件并联型叠层母排的设计原则。基于上述方法,设计出一种六管并联型叠层母排结构,通过仿真和实验验证了该结构满足低感,外电路对称以及器件均温的设计目标。     

基于新型1200V碳化硅(SiC)MOSFET的三相双向逆变器的研究

研究了基于新一代宽禁带1 200 V碳化硅(SiC)MOSFET三相双向逆变器,由于SiC MOSFET的高耐压、低损耗、高开关频率特性,逆变电路的拓扑结构得到简化,并提高了功率密度和可靠性。同时,利用碳化硅MOSFET的双向第三象限导通特性,与硅基IGBT相比省略了开关器件的反并联二极管。20 k VA实验样机验证了在该中大功率三相双向逆变器中SiC MOSFET相比硅基IGBT方案的优势。     

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...     

宽禁带器件在电动汽车中的研究和应用

硅基电力电子器件经过长期的发展,其性能已经逼近其材料极限,很难再大幅提升硅基电力电子装置的性能。以碳化硅和氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体器件比硅器件具有更优的器件性能,成为电力电子器件新的研究发展方向。首先主要介绍了电动汽车对电力电子变换器的要求及宽禁带器件的发展,然后对宽禁带器件在电动汽车中的研究现状进行了分析和展望,最后指出了宽禁带器件在电动汽车应用中面临的主要问题。     

耐高温变换器研究进展及综述

耐高温变换器在多电飞机、电动汽车和石油钻井等恶劣环境中具有十分重要的应用价值。碳化硅功率器件具有高结温工作能力、较低损耗以及良好的温度稳定性,有利于实现耐高温变换器。首先简要阐述了耐高温变换器的应用领域和SiC基耐高温变换器各组成部分的技术发展现状,再介绍了SiC基耐高温变换器应用实例,最后探讨了SiC基耐高温变换器的关键问题和发展前景。     

10 kV P沟道SiC IGBT终端结构优化设计与实现

提出采用五区多重场限环FRM-FLRs(five-region multistep field limiting rings)终端设计并流片,研制10 kV P沟道碳化硅绝缘栅双极晶体管SiC IGBT(silicon carbide insulated gate bipolar transistor)终端。通过Silvaco TCAD软件仿真,对比研究传统等间距场限环ES-FLRs(equally spaced field limiting rings)终端和五区多重场限环终端对器件击穿特性的影响。仿真结果表明,五区多重场限环终端具有更均衡的近表面电场分布,减缓电场集中,优化空间电荷区横向扩展,且击穿电压可达到14.5 kV,而等间距场限环终端击穿电压仅为7.5 kV。同时,分别对五区多重场限环终端,以及采用此终端结构的P沟道SiC IGBT进行流片验证。测试结果表明,五区多重场限环终端可以实现12.2 kV的击穿电压;P沟道SiC IGBT的击穿电压达到10 kV时,漏电流小于300 nA,并且栅源电压为-20 V,集电极正向电流为-10 A时,器件的正向导通压降为-8 V。     

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...     

碳化硅器件的短路保护：设计准则和电路

为了保障碳化硅(silicon carbide,Si C)在发生短路故障时可安全可靠的关断,需在掌握其短路特性基本规律的前提下,针对Si C短路耐受时间较短、短路下器件漏源极电压拐点不明显等特征,展开去饱和保护电路(desaturation fault protection,DESAT)电路中关键参数的研究,并制定其工程化设计的参考标准。在此基础上,文中进一步提出基于氮化镓(galliumnitride,GaN)的高速、低传输延时的DESAT短路保护电路,短路保护电路的驱动动作延时仅为常规基于硅器件DESAT电路的23.2%。所提出的氮化镓DESAT电路为SiC MOSFET短路保护电路的更优越的实现方案。     

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。     

基于多级钳位与门信号调节相结合的IGBT串联均压电路研究

功率器件串联技术是实现高压应用的有效途径之一,而串联应用的主要制约因素是串联器件之间的动态均压问题。该文针对不均压条件下串联器件的关断行为进行了理论分析,探究不均压的产生机理,提出一种基于有源箝位技术的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管串联均压有源驱动,其利用有源箝位电路检测串联器件之间的电压不均衡,并箝位电压尖峰,通过反馈控制器件栅极电荷及开关瞬态行为实现均压。该方案不存在不均压的调节周期,即使在交变负载下依然能在每一个开关周期的关断时间内实现均压控制。此外,该文还详细介绍所提出方案的电路原理和参数设计过程,并通过试验验证该方案均压控制效果的有效性。结果表明,所提出方案具有有源箝位电路拓展性强的特点;是独立于原有栅极驱动电路的辅助电路,适用性强;且控制电路结构简单,无需可编程逻辑芯片和额外的信号隔离。