基于新型碳化硅MOSFET三相逆变器研究

采用新型C3M0120090D型碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)芯片,以三相H桥逆变器拓扑结构为基础,通过研究分析逆变器工作原理,从而研究了电压电流解耦控制。通过对C3M0120090D型SiC MOSFET芯片研究设计出新型SiC芯片驱动电路,通过搭建600 W三相H桥逆变实验平台,验证了SiC MOSFET芯片工作可行性与可靠性,且通过红外温度测量仪观测出带载工作时芯片温度与室温相近,验证了SiC MOSFET芯片工作的高效性。     

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。     

适用于电动汽车的SiC MOSFET PSpice仿真模型研究

为了基于PSpice电路对电动汽车DC/DC变换器中的碳化硅(SiC)MOSFET的工作特性进行实时准确地仿真,针对SiC MOSFET提出了一种新型的电压控制电流源型VCCST(voltage-controlled current source type)PSpice仿真模型。首先,为了获得SiC MOSFET准确的静态特性建立了电压控制电流源作为SiC MOSFET的内核,以描述SiC MOSFET的转移特性和输出特性;然后,为了获得SiC MOSFET准确的动态特性,建立了基于电压控制电流源与恒定电容的栅漏电容(CGD)子电路模型,所提SiC MOSFET VCCST PSpice模型在简化参数提取方法的同时,能够满足模型准确性的要求;最后,建立的SiC MOSFET VCCST PSpice模型应用于Boost变换器进行仿真和实验,并对SiC MOSFET的特性进行测试。测试结果验证了所提SiC MOSFET VCCST PSpice仿真模型的准确性和实时性,从而为SiC MOSFET在电动汽车DC/DC变换器中的设计和应用提供了便利。     

功率MOSFET寿命模型综述

MOSFET是实现电力电子装置功能的核心器件,但其寿命短是制约电力电子系统可靠性的关键因素。由老化造成的MOSFET失效分为封装失效和参数漂移失效,前者由MOSFET制造工艺及材料导致的缺陷在工作环境中恶化而产生,后者为器件在使用过程中其内部微观退化机制在宏观参数的体现。对目前已有的MOSFET寿命相关的研究成果进行总结,分析了MOSFET的各类失效模式,并建立了各类失效模式下MOSFET寿命模型;并进一步总结了各类失效模式下寿命模型的失效判据及其各类寿命预测模型实验验证方法。     

基于SiC MOSFET户用光伏逆变器的效率分析

户用型光伏逆变器的发展趋势是高频化、高效率、高功率密度,近年来,SiC MOSFET在电机驱动、光伏逆变器等场合得到了广泛研究。本文将SiC MOSFET应用于1.6kW两级式光伏逆变器中,提高逆变器的开关频率,对前后两级独立进行了效率分析。在前级Boost中,比较了20 kHz 到100kHz 开关频率下,SiC MOSFET和Si MOSFET 对Boost效率的影响;在后级逆变器中,比较了100 kHz SiC MOSFET逆变器与20 kHz Si MOSFET H6逆变器的效率。搭建了1.6kW两级式光伏逆变器实验模型,采用SiC MOSFET,并在逆变器实验模型上对分析结果进行了实验验证。     

带驱动变压器的MOSFET驱动电路的研究

介绍了一种带驱动变压器的功率MOSFET驱动电路，通过对功率MOSFET输出特性曲线的分析，说明了设计功率MOSFET驱动电路的一般原则，重点分析了隔离变压器初级隔直电容的作用及选择方法，做了仿真分析及实验验证，证明了所设计的驱动电路的正确性。     

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。     

寄生参数对SiC MOSFET栅源极电压影响的研究

为分析寄生参数对开关过程中碳化硅(Si C)MOSFET栅源极电压的影响,首先建立了基于同步Buck变换器的Si C MOSFET开通和关断过程的数学模型;然后通过仿真和实验结果对比,验证了寄生参数带来的影响;最后分析了开关过程中各寄生参数对Si C MOSFET栅源极电压的影响。     

SiC MOSFET串联短路动态特性

在电力电子系统中,因器件击穿、硬件电路缺陷或系统控制失误导致碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)误开通时,桥臂电流回路中多个器件处于开通状态,形成串联短路故障.该文以SiC MOSFET半桥电路为研究对象,详细介绍SiC MOSFET串联短路的动态过程,理论分析负载电流、栅极驱动电压和结温温升对SiC MOSFET短路动态特性的影响规律,推导出SiC MOSFET分压模型,并采用仿真模型进行验证.实验基于1200V/80A SiC MOSFET测试平台验证电路参数对短路损耗和结温分布的影响.理论与实验结果表明,SiC MOSFET串联短路分压特性对电路参数具有较高敏感度,漏极电压与漏极电流不平衡动态变化会改变器件短路损耗,进而影响结温温升,造成串联短路SiC MOSFET不稳定变化.     

基于功率MOSFET导通压降的短路保护方法

介绍了一种基于检测功率MOSFET导通压降实现短路保护的方法.该方法利用功率MOSFET自身导通电阻产生的导通压降,来得到保护控制信号,实现对功率MOSFET的保护.经实验及工程应用验证,该方法具有保护动作速度快,电路结构简单、可靠的特点.     

单片DC-DC中功率级电路的功耗优化设计

对单片DC-DC中的功耗产生机理进行深入而细致的分析,重点分析了功率管及其驱动电路的开关功耗,并对整个开关功耗进行建模,在此基础上对功率管驱动电路进行优化设计。在CMOS工艺下,功率管驱动电路采用具有较强容性负载驱动能力的锥形反相器链电路结构,锥形反相器链的开关功耗在高频操作时显著增大,通过优化驱动电路的锥形比例因子A可以达到降低整个开关功耗,提高效率的目的。最后给出设计举例。     

Loss analysis based on constant gate current for MOSFET selection of CCM boost converter

Predicting the power losses in a semiconductor is an essential design process to determine the converter's size. In the continuous conduction mode (CCM) boost converter, the power loss of MOSFETs can be divided into the loss not depending on the gate current (the conduction loss) and losses depending on the gate current (the switching losses) leading to I_DS transition period and V_DS transition period. Therefore, analysis of both conduction and switching losses based on constant gate current can realize the MOSFET selection to improve the efficiency of the CCM boost converter.     

适用于低压同步整流器的新型谐振驱动电路

随着开关频率的提高,同步整流变换器功率MOSFET管的开关过程及其驱动带来的损耗也愈发凸显出来,特别是在低压大电流应用中。为了降低这部分损耗,提出一种单电感双管谐振驱动技术,能够利用一个单电感驱动两个不共源极的功率MOSFET管。详细分析了工作原理和特性,给出了参数设计方法,并进行了仿真和实验,结果表明该驱动技术具有驱动损耗低、驱动速度快、抗干扰能力强、便于集成等优点,适用于高频高功率密度的同步整流功率变换器。     

Circuit Techniques for Improving the Switching Loci of Transistor Switches in Switching Regulators

The use of switching regulator circuits at high power levels and high frequencies requires careful examination and control of the power dissipation during switching, which may be the dominant loss. In this paper it is shown that it is possible to remove most of the switching losses from the switching transistor with two networks, each containing three components: an inductor or a capacitor, a diode, and a resistor. With proper design, the power dissipation in the resistors is less than the switching losses removed from the switching transistor, resulting in some improvement in overall efficiency. In addition, it is possible to obtain a significant further improvement in efficiency by replacing the resistors in the networks with low loss circuits. Each network, one for the reduction of turnoff losses and one for the virtual elimination of turnon losses in the switching transistor, is described in detail. Analytical design procedures are included.     

大功率IGBT过压与过热的分析计算及其对策

结合150kVA超导线圈和锂电池-电容组合式SVG-APF的研制工作,首先剖析了IGBT的内部结构,详细讨论了杂散电感引起的过电压以及对容性母线的设计,最后分析了IGBT通态损耗和开关损耗引起的过热问题,给出了计算实例和实验结果。     

功率开关管及LED驱动芯片的散热器设计

功率开关管(简称MOSFET)是开关电源的核心器件,这里讲的MOSFET可以是分立的,也可以集成在LED驱动芯片之中首先阐述分立式MOSFET散热器的设计方法、注意事项及设计实例;然后介绍通过计算平均功耗来完成单片LED驱动电源散热器设计的方法,并给出设计实例     

Integrated MOSFET Inverter Module for Low-Power Drive System

This paper introduces a new MOSFET inverter module for driving small brushless dc motors used in fans and water-pump applications. The proposed power module integrates six MOSFETs and three dedicated gate-driving high-voltage integrated circuits (HVICs) in a transfer-molded full-pack package. It provides optimized loss and epoxy molding compound characteristics by using particularly designed MOSFET and dedicated HVIC. This paper describes the package design, the MOSFET, and the HVIC of the proposed module used in motor-drive applications, where power dissipation, electromagnetic interference, and noise immunity are primary concerns.     

同步整流反激变换器的损耗模型分析

建立了同步整流反激变换器的损耗模型。对主要开关器件同步整流功率MOSFET和开关功率MOSFET工作过程中的各种损耗因素进行了分析,同时分析了变压器、滤波电容等其他主要元件的损耗模型及其相关影响因素。利用MathCAD软件,对同步整流反激变换器的损耗进行具体的实例分析,并通过实验验证损耗模型分析的有效性。     

一种断续电流模式的新型高频电流源驱动电路

随着高频功率变换器开关频率不断提高,其功率器件MOSFET频率相关损耗都大幅增加,特别是开关损耗和驱动损耗.为减小上述损耗,电流源驱动方式被提出.提出一种新型断续电流模式的电流源驱动(current source driver,CSD)电路.相比连续电感电流CSD电路,其最重要的优点是:电流源电感值大为减小(1 MHz开关频率时一般为20 nH,减小约90%).所提CSD电路具有开关速度快、开关损耗小的优点,同时,通过电流源电感可以回收高频驱动能量.由于所提电路工作在电流断续模式,因此其环流损耗小,且占空比和开关频率变化范围宽.详细分析其工作原理,讨论最优设计,并给出实验结果.     

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。