SiC MOSFET驱动电路设计与实验分析北大核心

为使SiC MOSFET在应用中安全可靠的工作,通过对SiC MOSFET开关特性的分析,设计了一种SiC MOSFET驱动电路。该电路具有结构简单、实用性强、速度快、输出功率大等特点。另外,在高功率、高频等特殊环境下工作,为了提高SiC MOSFET的可靠性,还对器件过载保护电路进行研究。通过Pspice软件仿真实验,发现过载保护电路可以有效地保护器件不受损坏。最后,搭建双脉冲实验平台,验证驱动电路的基本功能并测试采用不同栅极电阻时对SiC MOSFET开关特性的影响。实验结果表明:该电路具有良好的驱动能力。     

驱动电阻对SiC MOSFET开关行为的调控规律

针对碳化硅(SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)驱动电阻的选择问题,建立开关瞬态电路模型。通过数学推导定性分析,确立了受驱动电阻影响的SiC MOSFET开关行为主要特征。在此基础上,搭建双脉冲测试实验平台,将驱动电阻与振荡、超调、损耗和温升之间的关系进行定量分析。通过将器件非理想特性对驱动电阻的敏感度进行归一化处理,归纳出驱动电阻对SiC MOSFET特性的调控规律,从而指导SiC MOSFET栅极驱动回路的优化设计。     

SiC MOSFET驱动电路设计与实验分析

为使SiC MOSFET在应用中安全可靠的工作,通过对SiC MOSFET开关特性的分析,设计了一种SiC MOSFET驱动电路。该电路具有结构简单、实用性强、速度快、输出功率大等特点。另外,在高功率、高频等特殊环境下工作,为了提高SiC MOSFET的可靠性,还对器件过载保护电路进行研究。通过Pspice软件仿真实验,发现过载保护电路可以有效地保护器件不受损坏。最后,搭建双脉冲实验平台,验证驱动电路的基本功能并测试采用不同栅极电阻时对SiC MOSFET开关特性的影响。实验结果表明:该电路具有良好的驱动能力。     

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驱动及保护电路设计

SiC MOSFET器件具有高耐压、低导通电阻、高频等优良特性,工业应用中具有明显优势,发展快速。本文首先阐述了SiC MOSFET主要特性,分析了驱动电路的特点,并给出了基于分立器件的驱动及保护电路设计。基于CREE公司最新第三代器件,设计了驱动电路,并通过双脉冲电路及桥臂直通电路测试验证所设计的SiC器件门极驱动电路参数及短路保护电路参数的准确性和合理性。     

电动汽车用高功率密度碳化硅电机控制器研究

碳化硅(Siliconcarbide,SiC)作为世界公认的替代硅(Silicon,Si)的下一代半导体材料,具有耐压高、开关速度快、开关损耗小的优势,是实现车用电机控制器功率密度提升的关键要素。该文针对构成SiC控制器的关键部件,研究SiC金属氧化物场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)模块、直流支撑电容器、控制和驱动电路以及电磁干扰(electro-magneticInterference,EMI)滤波器的设计方法。在SiC模块方面,研究多芯片并联结构MOSFET的布局评价体系,以此为基础设计包含72个SiC芯片的SiC MOSFET模块。在直流支撑电容器方面,以减小电容器体积为目标,结构上与控制器壳体统一设计,电气参数上建立描述电机系统性能与电容器容值及许用纹波电流关系的数学模型,优选最为合适的参数,减小电容器体积。在控制和驱动电路方面,通过采用非隔离电源系统、多层电路板等手段,减小电子系统的电路面积,开发出仅信用卡大小的超紧凑主控板和能够与SiC模块直接插接的紧凑型驱动板。在EMI滤波器方面,提出滤波器拓扑和滤波元件参数同步设计方法,有助于解决EMI滤波器设计中反复试验迭代和过设计的问题。基于上述研究成果,开发出峰值功率85kW,开关频率20k Hz,最高效率98.6%,功率密度37.1kW/L的全SiC电机驱动控制器。     

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。     

多管并联SiC MOSFET驱动电路串扰抑制方法

为解决大功率高频串联谐振逆变器中多管并联碳化硅(SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)驱动电路存在的串扰问题,分析了驱动电路串扰问题产生的机理和常用驱动串扰抑制方法,优化了驱动电路结构和器件参数,设计了一种具有串扰抑制作用的多管并联SiC MOSFET驱动电路。搭建了一台SiC MOSFET高频H桥串联谐振逆变电源样机,对驱动电路进行了相关测试,验证了所设计的驱动电路可有效抑制串扰。     

一种SiC MOSFET串扰抑制的谐振辅助驱动电路

随着SiC MOSFET开关频率的不断增加,逆变器桥臂串扰现象越发严重并易造成桥臂直通短路,这限制了SiC MOSFET开关频率的进一步提高。该文提出一种SiC MOSFET串扰抑制的谐振辅助驱动电路,通过在栅源之间添加电容电感辅助谐振电路,能够在SiC MOSFET关断期间完成负压到零压的变化,同时不需要使用有源器件。当SiC MOSFET开通时,辅助电路让栅极电压从0.7V上升而非负压上升,相较于传统驱动电路,开关速度更快、开关损耗更低;而且同时具备抑制正向串扰和反向串扰的优点。该文分析电路的参数设置,并通过仿真和实验验证了该电路相对于传统驱动电路的优势。     

多管并联SiC MOSFET驱动电路设计

分析了SiC MOSFET驱动电路的基本要求,并对驱动电路的结构、驱动电压的选取和可靠性设计等进行了重点研究,设计出一款简单实用的驱动电路,解决了多管并联的SiC MOSFET。驱动这一难题。另外,搭建了双脉冲实验电路对驱动电路进行了相关测试,分析确定了最佳门极电阻的参数和缓冲吸收电路。最后,将所设计驱动电路应用于50 kW/800 kHz的多管并联感应加热电源,进一步验证了所设计驱动电路适用于高频、大功率场合,具备一定的工业应用价值。     

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...     

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。     

EPS转向电机控制系统的设计

电动助力转向系统是依靠助力电机实现转向助力,因此转向电机的控制是影响电动助力转向系统助力性能的关键.通过对助力电机的硬件驱动电路和控制方式进行研究,设计了采用智能功率开关组成H桥电机驱动电路,同时对转向电机转矩的控制采用了模糊PD控制方法.该系统具有硬件电路简单、工作可靠、跟随性能好和控制精度高等优点.     

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。     

Converter Using SiC‐MOSFET for Ultra‐High‐Speed Elevator

In this study, we developed a converter based on SiC (Silicon Carbide)‐MOSFET for use in ultra‐high‐speed elevators, with a reduced volume of 15% compared with the conventional converter. We succeeded in reducing the power loss of the converter unit by 56% compared to the conventional converter in one round trip under high temperature condition. Recently, because of their useful characteristics, wide‐gap semiconductors, such as SiC and GaN, have gained considerable attention for use in various applications in the power electronics systems. Therefore, we studied the use of a converter in elevator systems based on SiC‐MOSFET. We used a 1200 V/800 A SiC‐MOSFET module for the converter unit. We developed a prototype of the converter unit and the control panel by applying for the SiC‐MOSFET module for an ultra‐high‐speed elevator. As a result, the setting area of the control panel (main part) becomes less than 43% of the conventional panel. We tried to demonstrate the working of a 68‐kW elevator by applying the prototype control panel. Because of the characteristic of the switching loss of SiC‐MOSFET, the power loss of the converter unit has almost no dependence on temperature. An energy‐saving effect of approximately 17% was achieved in the total elevator system in one round trip under high‐temperature condition.     

SiC MOSFET短路失效与退化机理研究综述及展望

SiC MOSFET可以大幅提升变流器的效率和功率密度,在高频、高温、高压等领域有较好的应用前景。但是,由于其短路耐受时间短、特性退化现象严重以及失效机理模糊等因素,致使SiC MOSFET的普及应用受到了限制。因此,探究SiC MOSFET短路失效与特性退化的机理,可以为SiC MOSFET器件的应用及其保护电路的设计提供指导,具有重要的研究价值。该文首先归纳SiC MOSFET的短路故障类型,并针对其中一种典型的短路故障进行详细的特性分析。在此基础上,论述SiC MOSFET单次短路故障后存在的两种典型失效模式,综述其在两种失效模式下的失效机理以及影响因素。其次,对SiC MOSFET经历重复短路应力后器件特性退化机理的研究现状进行系统的总结。最后指出当前SiC MOSFET短路失效与特性退化的研究难点,展望SiC MOSFET短路特性研究的发展趋势。     

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。     

直驱式电液伺服转叶舵机退火蚁群寻优PD控制

针对直驱式电液伺服转叶舵机转动惯量大、时变不确定性和外负载复杂的特点,提出一种以最大最小蚂蚁算法和模拟退火策略为基础的具有不完全微分的PD控制器的设计方法。该控制器能在线搜索出一组最优PD控制参数Kp*和Kd*作为直驱式电液伺服转叶舵机实时控制中的PD控制器参数。在直驱式电液伺服转叶舵机及加载实验台上进行了阶跃响应和斜坡响应实验。实验结果表明,与传统PD控制器相比,基于退火蚂蚁群算法的PD控制器具有良好的动态性能和鲁棒性,能有效地提高直驱式电液伺服转叶舵机的控制精确度。     

基于场效应管的大功率直流电机驱动电路设计

以增强型场效应管为核心,基于H桥脉宽调制(PWM)控制原理,利用光电隔离器设计了一种大功率直流电机驱动控制电路,该电路能够很好地满足直流电机正、反转控制和调速的需要.试验表明该驱动控制电路具有性能稳定、驱动能力大、抗干扰能力强等特点.