一种改进SiC MOSFET开关性能的有源驱动电路

与硅金属氧化物半导体场效应管(silicon metal oxide semiconductor field effect transistor,SiMOSFET)相比,碳化硅(silicon carbide,SiC) MOSFET具有更高的击穿电压,更低的导通电阻,更快的开关速度和更高的工作温度,正被广泛应用于光伏逆变器、电动汽车和风力发电等领域,但是SiC MOSFET的高开关速度会导致器件开关过程中发生电流、电压过冲和振荡,不仅会增加器件的开关损耗,甚至会导致器件损坏。文中首先对SiC MOSFET的开关过程进行详细分析,得出器件开关过程中电流、电压过冲和振荡的产生机理,然后根据影响电流、电压过冲和振荡的关键因数,设计一款有源驱动电路。该电路能够在器件开关的特定阶段内同时增加驱动电阻阻值和减小栅极电流,从而抑制器件开关过程中的电流、电压过冲和振荡。实验结果表明,与传统驱动电路相比,所设计的有源驱动电路能够在不同驱动电阻、负载电流和SiC MOSFET条件下,均有效抑制器件的电流、电压过冲和振荡。     

SiC功率器件的开关特性探究

与Si功率器件相比,SiC功率器件因其阻断电压高、开关频率高和工作温度高的性能特点,显示出广阔的应用前景。本文分析了SiC肖特基二极管和SiC MOSFET的开关特性,重点研究其与Si功率器件的特性与应用差异。设计制作了基于Buck变换器的测试实验样机,分别采用Si功率器件和SiC功率器件进行测试,对测试结果进行了对比分析。实验结果验证了文中分析的开关特性差异,从而为SiC功率器件的优化选择和应用提供了一定依据。     

基于di/dt优化控制的大功率SiC栅极驱动技术

新型SiC半导体功率器件的开关速度快,对线路中的寄生参数敏感度高,在开关过程中会产生较大的电压和电流过冲,从而影响器件的开关性能和安全工作裕度.此处针对SiC器件电压和电流过冲形成的原因,提出了一种基于di/dt优化的有源栅极驱动技术.该技术在传统驱动器的基础上,在栅极分别增加了可控的恒流充电和恒流放电电路,并通过控制开关过程中的充放电时间宽度来调整di/dt的大小,从而减小SiC器件的开关损耗和降低开关过程中的电压和电流过冲,实现SiC器件在安全工作区内的稳定运行.此处首先分析SiC器件在开关过程中di/dt对电压和电流过冲的影响,然后详细介绍了所提栅极驱动技术的原理及其硬件实现方案,最后通过设计实验验证了该技术的可行性.     

用于未来轨道牵引电路的双SiCMOSFET模块的特性检测

硅IGBT已经广泛用于轨道牵引变频器，不久的将来，碳化硅（SiC）技术将在3个方向上进一步扩展开关器件的极限：更高的阻断电压、更高的工作温度和更高的开关速度。如今．第一批SiCMOSFET模块已经有效的投向市场，并且很有希望虽然目前在阻断电压方面仍有待提高，但这些宽禁带器件将大大改善牵引电路的效率，尤其是在开关损耗上预期会行艟著的降低，从而导致功率一重量比的大幅改善。     

基于碳化硅器件的双馈风电变流器效率分析

碳化硅(SiC)器件的阻断电压高,开关速度快,耐高温。分析了基于SiC器件的2MW双馈风力发电系统,对几种典型变流器拓扑进行了效率分析并与Si IGBT两电平、三电平二极管中点箝位(NPC)变流器进行比较。在3 kHz开关频率下,SiC MOS两电平变流器较Si IGBT两电平效率提高3%,三电平变流器效率提高1%。     

SiC MOSFET开关特性及驱动电路的设计

与硅(Si)功率器件相比,碳化硅(SiC)功率器件的掺杂浓度更高,禁带更宽,在高电压下导通阻抗更小,因此应用于大功率场合可以提高开关频率,减小变换器体积重量。根据SiC MOSFET的开关特性,设计了一种SiC MOSFET的驱动电路,采用双脉冲电路对其开关时间、开关损耗等进行了实验测量,分析了不同阻值驱动电阻对SiC MOSFET模块开关时间和开关损耗的影响。     

基于驱动电流动态调节的低过冲低损耗SiC MOSFET有源门极驱动

与硅基功率器件相比,碳化硅(silicon carbide,SiC)MOSFET具有开关速度更快、导通损耗更低等优点,将越来越广泛的应用于高效高功率密度场合。但是,其开关特性对寄生参数非常敏感,在高速开关过程中极易产生瞬态电压电流尖峰和高频开关振荡,严重威胁Si C基变换器的可靠运行。针对这一问题,文中对SiC MOSFET的开关暂态过程进行深入分析,揭示门极驱动电流对开关过程电压电流过冲、振荡与开关损耗的影响机理。在此基础上,提出一种驱动电流分段动态调节的SiC MOSFET有源门极驱动电路,即根据开关过程不同阶段的状态反馈动态调整器件门极驱动电流。实验结果表明,所提出的方法能够在维持低开关损耗的同时,实现了对SiC MOSFET开关过程中电压电流过冲和高频振荡的有效抑制,提升SiC基电力电子装置的动态性能与运行可靠性。     

碳化硅功率器件在电力电子中的应用

从碳化硅(SiC)功率半导体器件的等效电路入手,分别讨论了碳化硅肖特基二极管(SiC SBD)与碳化硅结型场效应功率晶体管(SiC JFET)的稳态与暂态特性。分析并解决了碳化硅器件开通电压与驱动电压不匹配的问题,设计了一种SiC JEFT功率开关器件的驱动电路。实验结果表明,SiC新器件具有良好的开关特性,驱动电路可以有效驱动SiC JFET器件。     

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...     

三相四线制软开关SiC逆变器软开关工况分析

逆变电源的开关频率上限受到功率器件的动态损耗限制,导致较大的输出滤波元件的体积。零电压开关正弦脉宽调制(ZVS-SPWM)三相四线制逆变器电路只需引入1个辅助开关和2个较小的无源元件,就可以实现电路中所有开关器件的零电压开关。重点分析了SiC MOSFET寄生电容对零电压开关实现的影响,并在此基础上探讨了等效寄生电容值的提取方法,修正了零电压开关条件和功率器件电流、电压应力的计算值。最后在10 kW SiC MOSFET三相四线制零电压开关逆变器实验平台进行了验证。     

基于SiC MOSFET的高速永磁同步电机驱动系统

碳化硅（SiC）材料新一代宽禁带（WBG）功率器件具有阻断电压高、通态电阻低、开关损耗小、耐高温等优异的性能，在电机驱动系统中具有广泛的应用潜力。本文将SiC MOSFET应用于燃油泵高速永磁同步电机系统中，降低系统散热体积，提高功率密度。为提高电流环动态响应，通过优化电流采样时刻对电流环进行了改进，实验结果表明系统获得了良好的性能，并扩宽了电流环带宽。     

1200V碳化硅MOSFET与硅IGBT器件特性对比性研究

搭建了输出特性测试电路、漏电流测试电路、双脉冲测试电路和Buck电路,对1 200 V SiC MOSFET和Si IGBT的输出特性、漏电流、开关特性和器件损耗进行了对比研究,分析了SiC MOSFET的主要优缺点。分析结果表明,SiC MOSFET在高温条件下依然拥有稳定的阻断能力;在同样的工作条件下,SiC MOSFET损耗更小,适合在高频率、大功率场合下使用;SiC MOSFET的跨导低,导通电阻大,所以门极驱动电压需要比较大的摆幅(-5/+20 V);由于开关速度很快,SiC MOSFET对线路杂散参数更加敏感。     

Single‐Stage ZVS‐PWM AC‐AC Power Converter Using All SiC Power Module for High‐Frequency Induction Heating Applications

This paper presents a novel prototype of a single‐stage zero voltage soft‐switching pulse‐width modulation ‐controlled ac‐ac converter with a silicon carbide (SiC)‐MOSFET/SiC‐SBD power module for high‐frequency (HF) induction heating (IH) applications. The newly developed ac‐ac converter can achieve higher efficiency than a Si‐IGBT/Si‐PN diode power module‐based prototype due to a low ON‐resistance of SiC‐MOSFET and a low forward voltage of SiC‐SBD under the condition of HF switching. The performances of the new prototype converter are evaluated by experiment with a single‐phase IH utensil of ferromagnetic stainless metal, after which the high‐efficiency and low switching noise characteristics due to the all SiC power module are actually demonstrated.     

动车组牵引与辅助供电的综合直流系统

以"复兴号"为代表的动车组装备的批量运用,标志着我国动车组技术已达到世界先进水平。铁路运营商对列车持续提出更高需求,包括智能化、节能高效和应急走行等;同时以碳化硅器件为代表的第三代半导体器件日渐成熟,渗透率不断提升。在新需求和新器件的双重背景下,对既有变流装置进行单点优化改造虽可行,但牵引系统和辅助供电系统的全局优化空间有限,在充分发挥碳化硅器件优势方面尤其捉襟见肘。从电能利用的本质和列车的原始需求出发,重新审视列车既有的牵引系统和辅助供电系统,提出一种面向未来动车组的综合直流系统。该系统由3级直流母线即高压、中压和低压直流母线构成主干网,牵引变压器和四象限整流器、牵引逆变器、辅助变流器、蓄电池充电机、储能装置以及其他各种类型电气设备都作为电源或负载接入各等级直流母线。动车组牵引与辅助供电的综合直流系统具备诸多优点,包括显著提升系统灵活性、更高效和便利储能设备接入等。充分发挥新一代碳化硅器件的优势,是一种融合牵引系统和辅助供电系统的统一平台。     

基于SiC MOSFET的辅助变流器应用研究

辅助变流器是轨道交通车辆的重要部件,采用SiC MOSFET作为开关器件能整体提升变流器功率密度。将原有变流器系统完成以SiC MOSFET为开关器件的功率模块整体替代,对周边无源器件进行优化设计;根据SiC MOSFET器件特性设计一款驱动电路,并进行性能测试;针对辅助变流器主电路拓扑,建立各部分损耗模型,通过仿真进行验证,并对前后系统进行损耗对比。     

轨道交通牵引四象限变流器三电平SiC/Si混合型拓扑损耗分析

三电平SiC/Si混合型拓扑能满足低功率损耗的需求,其成本又低于全SiC拓扑,已逐渐应用于各类电力电子装置.由于轨道交通牵引四象限变流器应用场合的开关频率不高,而功率较大,不同的三电平SiC/Si混合型拓扑在损耗和效率上的优劣有待进一步评估.为此,提出一种T型中点箝位三电平SiC/Si混合型拓扑(TNPC-H2),在建...     

3 300 V SiC MOSFET栅氧可靠性研究

碳化硅SiC(silicon carbide)功率器件因其卓越的材料性能,表现出巨大的应用前景,其中金属-氧化物-场效应晶体管MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)是最重要的器件。3 300 V SiC MOSFET可应用于轨道交通和智能电网等大功率领域,能显著提高效率,降低装置体积。在这些应用领域中,对功率器件的可靠性要求很高,为此,针对自主研制的3 300 V SiC MOSFET开展栅氧可靠性研究。首先,按照常规的评估技术对其进行了高温栅偏HTGB(high temperature gate bias)试验;其次,针对高压SiC MOSFET的特点进行了漏源反偏时栅氧电热应力的研究。试验结果表明,在高压SiC MOSFET中,漏源反偏时栅氧的电热应力较大,在设计及使用时应尤为注意。     

最少拍电流控制在海口动车牵引系统中的应用

在动车牵引系统中,逆变器输入电压较高（1800 V）,为了降低功率模块开关损耗和减少散热,牵引逆变器的开关频率通常较低,只有几百赫兹,而动车牵引异步电机的调速范围较宽,输出频率可达200 Hz,转速较高时的载波比较低。在这种情况下,由于每个电周期内的电流调节次数减少,常规电流PI控制器性能变差,无法达到系统要求。为此,将异步电机电压、电流等方程进行复矢量处理,建立了包含延时影响的离散数学模型,在此基础上,设计无差拍电流控制器。通过Simulink仿真及在海口动车线装车进行试验,试验结果表明基于复矢量的最少拍电流控制器在动车牵引异步电机运行过程中具有较好的动态及稳态性能,转矩/励磁反馈电流均能较好地跟随转矩/励磁给定电流。并且在牵引/制动过程中,电压和电流变化平稳,无明显振荡。     

牵引变电所短时并网倒闸技术

针对现行牵引变电所倒闸操作存在的供电中断、耗时长等缺陷,探讨了牵引变电所短时并网倒闸的可行性及技术条件。结合牵引供电系统的运行机理和拓扑结构,搭建了Simulink仿真模型,分析了系统并网运行过程中的电流特性。阐述了并网倒闸现场实施流程,并对比分析了现场测试结果与仿真结果,验证了并网倒闸方案的可实施性及仿真模型的精确性。在此基础上,建立了牵引变电所并网运行等效模型,分析了并网时系统电流的计算方法,并应用敏感度指标探明了其关键影响因素。分析结果表明,2路进线电源的电压幅值差是最关键因素,且当2路进线电源的电压偏差满足国家电压偏差标准时,短时并网产生的电流不会影响系统的安全运行。最后,归纳了并网倒闸的技术条件,为牵引变电所并网倒闸的工程应用提供理论和技术支撑。