SiC功率模块开关特性测试研究

碳化硅(SiC)功率模块在开关时电压、电流变化率高,测试系统的寄生电感容易引起电压、电流振荡,使得开关特性的准确测试成为难题。这里通过研制低寄生电感的开关特性测试平台,结合不同封装的SiC功率模块,研究了栅极电阻、不同测试系统对开关性能的影响,测试系统寄生电感越大,需选用的栅极电阻越大,否则电压、电流的振荡影响开关特性测试;测试系统寄生电感越小,可选用的栅极电阻越小,其开关损耗越小。     

IGBT模块开关特性测试研究与驱动参数选择方法

工业应用中需要根据工况选用合适的IGBT模块,不能直接参考模块数据手册上的数据来应用模块。本文针对特定的应用工况搭建硬件和软件电路,进行全面自动化双脉冲测试,分析了各工况条件对开关特性的影响,为IGBT模块的实际工况运行优化设计以及功率能力评估提供参考。同时,还提出了一种驱动电阻的优化切换方法和一种最佳驱动电路和驱动参数的选择方法。     

碳化硅MOSFET器件特性的研究

由于材料性能的不同,碳化硅MOSFET与硅MOSFET在电气特性方面存在一些显著差异,不能简单地将硅MOSFET直接替换为碳化硅MOSFET。为了准确地掌握碳化硅MOSFET在实际应用中的工作特性,利用双脉冲测试电路对器件特性进行了研究,重点对通态特性和开关特性进行了分析、总结,实验结果可对基于碳化硅MOSFET的变换器优化设计提供指导。     

功率开关器件多时间尺度瞬态模型(Ⅰ)——开关特性与瞬态建模

开关模式是电力电子系统实施电磁能量变换的基本模式,功率半导体器件的开关特性则成为这种能量变换的关键属性。从开关特性的角度出发,基于对器件开关特性和对电力电子系统多时间尺度特性的认识,提出一组功率开关器件多时间尺度瞬态模型。根据时间尺度的不同选取不同的瞬态模型来描述器件的开关瞬态过程,并反映不同的开关特性。所提多时间尺度瞬态模型,参数可直接从器件数据手册中提取,对提取方法进行较详细的阐述。所提的功率开关器件多时间尺度瞬态模型在装置和系统的分析设计中具有很强的实用性。     

6.5kV高压全SiC功率MOSFET模块研制

该文报道6.5kV、25A及100A两款全碳化硅(silicon carbide,SiC)功率金属场效应晶体管(metal oxide field-effect transistor,MOSFET)模块制备及测试结果。两款模块所采用的6.5kV SiC MOSFET及SiC肖特基二极管芯片均采用自主研制的高压SiC芯片,充分显示了在SiC材料外延、器件制备及模块封装领域国产化方面的巨大进展。该文报道6.5kV、25A和100A两款模块动静态性能表征结果,并与国际研究报道水平做对比分析。室温下,两款模块导通能力分别大于25A和100A;栅源短接,在漏极电压6.5kV时,模块漏电流分别为2.0μA和8.77μA。对6.5kV、25A模块动态参数、开关波形进行测试,以表征单管芯MOSFET动态性能特性。在工作电压3.6kV、导通电流25A下,对模块进行动态测试,结果表明,SiC MOSFET具有快速的开关特性,其中开通时间(开通损耗)和关断时间(关断损耗)分别为140ns(12.3m J)和84ns(1.31m J)。测试结果表明,研制的全SiC模块具有优越的动静态性能,相对传统硅6.5kV...     

驱动回路参数对碳化硅MOSFET开关瞬态过程的影响

在电力电子系统中,碳化硅(Si C)MOSFET的开关特性易受系统杂散参数的影响,表现为电磁能量脉冲形态属性的非理想特性,并进一步影响系统效率和可靠性。针对Si C MOSFET,首先分析控制脉冲、驱动脉冲及电磁能量脉冲三者间形态属性的关系,提取影响Si C MOSFET开关瞬态过程的关键参数,即开关过程中的dv/dt和di/dt。基于Si C MOSFET的开关过程,分析驱动回路参数对dv/dt和di/dt的影响,并通过PSpice仿真及搭建Si C MOSFET双脉冲测试实验平台进行分析和比较。在此基础上,对基于驱动回路参数的瞬态控制方法进行对比分析,为实际应用中对Si C MOSFET的开关特性改善提供重要的理论基础。     

压接式IGBT模块的开关特性测试与分析

随着柔性直流输电技术朝着更高电压等级、更大系统容量方向的发展,作为其中关键设备的换流阀和混合式直流断路器对大容量IGBT器件的封装特性和电气性能提出了更高要求。与焊接式IGBT相比,压接式IGBT具有功率等级更高、开关速度更快、易于串联等优点,成为柔性直流输电的优选器件。为系统掌握压接式IGBT模块的应用特性,设计了基于双脉冲测试原理的压接式IGBT模块开关特性的测试平台。基于测试结果,分析了不同压接力、负载参数和结温条件对压接式IGBT模块开关特性的影响规律;并从器件封装特性和半导体物理层面、初步探讨了压接式IGBT模块开关特性的变化机理,为其在大功率电力变换领域的推广和应用提供参考。     

基于智能功率模块开关磁阻电机功率电路设计

为改善开关磁阻电机(SRM)运行效率和功率电路的工作性能,降低SRM调速系统硬件的复杂程度,提出了一种基于智能功率模块的新型SRM功率电路。功率电路由日本三菱公司生产的智能功率模块PM75RLA120构成,并设计了其驱动电路、故障处理电路和保护电路。在一台1.5 kW三相12/8极SRM上进行试验验证,试验结果证明了该功率电路的可行性。     

基于智能功率模块的开关磁阻电动机功率电路研究

介绍了一种新型基于智能功率模块开关磁阻电动机功率电路，研究了日本三菱公司生产的第三代智能功率模块PS21564的工作原理及其特有的自举充电电路的充电过程及其可靠实用的电路连接方式，并给出仿真结果，证明了此种电路是一种方便可行的开关磁阻电机功率电路。     

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。     

特高压直流碳化硅晶闸管阀损耗探讨

碳化硅是发展最为成熟的新型宽禁带半导体材料,且碳化硅功率器件近期已开始代替常规的硅基器件。以典型的±800 kV,额定电流为5 kA的高压直流输电工程为实例,建立了换流阀基本组件的电气模型,用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了换流器仿真电路,研究碳化硅晶闸管在高压直流换流阀中的应用。对基于碳化硅晶闸管和普通硅晶闸管的直流换流阀电气特性和损耗进行仿真结果比较。计算结果表明:用碳化硅晶闸管来代替传统的硅晶闸管,可以在不同的触发角和工况下大幅减少系统的功率损耗。最后估算了在直流工程中使用碳化硅晶闸管阀带来的经济效益。     

一种碳化硅器件三电平电路的损耗计算方法

三电平电路较之两电平电路,斩波频率高,谐波小,有利于滤波器的优化设计,以及能更好地用于高速电机的驱动.三电平电路中开关器件的损耗是影响逆变器性能的主要因素,而传统的IGBT损耗计算方法不适用于SiC MOSFET,且常用的物理模型方法计算量较大,因此,为了精确且简便地计算分析开关器件的损耗,通过平均值法和SiC器件的损...     

高频LLC感应加热电源及降低开关损耗策略研究

该文针对高频感应加热电源迅速发展的现状,通过对LC谐振回路特点进行简要分析,并结合电源结构特点进行讨论高频电源的特点及出现的问题。在此基础上,采用LLC谐振回路作为负载谐振拓扑。根据其工作特点采用输出电压和电容电压相位角作为锁相控制变量,同时为解决某些负载下LLC电源开关角度较大的问题,提出一种LLLC谐振回路,该方案通过加入的电感可以很好地降低开关角度,提高电源效率。最后根据给出理论结果完成实验,得到令人满意的效果。     

变电站开关操作瞬态电磁环境研究

针对变电站开关动作时产生的瞬态电磁环境改变对线路及电气设备的影响,采用通过实验室试验,电磁脉冲模拟器(EMP)模拟开关操作时的瞬态电磁环境,分析传输线及电气设备受到电磁干扰的情况,提出对变电站的电气设备的抗扰度实验应增加瞬态电场测试,以及二次电缆屏蔽层应双端接地并进一步采取相应防护措施等建议.     

基于碳化硅功率器件的宽输入电压双管正激式直流电源研究

提出了一种高输出功率、宽输入电压范围、良好输出动态特性的太阳能并网逆变器供电电源。该电源采用碳化硅SiC双管正激电路拓扑,输出功率为1 000 W,通过高效的PWM调制控制,可以保证在电池板电压变化很宽的范围内,电源输出直流电压的稳定。首先介绍了碳化硅SiC功率器件的主要特性,分析了双管正激电路拓扑的原理及优点,同时对一些碳化硅SiC-MOSFET等关键器件和碳化硅SiC-MOSFET驱动电路和转化效率进行了分析,并对电源进行了大量的验证实验。验证结果证明了该设计的可行性和优越性。     

提高开关电源效率和节能电源的研究与设计

从分析各种引起损耗的原因着手,在AC/DC变换器中,做了进一步提高开关电源工作效率的可行性分析,指出了提高开关电源效率的途径,同时提供了设计方法和进一步完善的建设性思路。     

一种智能高频开关电源监控模块的设计

计算机技术的应用使通信电源成为集计算技术、通信技术于一体的高科技产品，高频开关电源也随之进入了智能化控制阶段。本文简要介绍了智能高频开关电源及主监控模块的组成原理，给出了监控模块MCU的软件实现方法，讨论了模块的抗干扰措施。     

碳化硅RSD的二维数值模型研究

在此通过实验进一步证实了高耐压的硅基反向开关晶体管(RSD)有更高的开通电压峰值,说明采用宽禁带碳化硅(SiC)的必要性。基于半导体物理基本方程,考虑载流子迁移率模型、SRH复合、俄歇复合、碰撞电离效应及禁带变窄效应等,采用典型4H-SiC材料物理参数,建立了SiC RSD二维数值模型,同时结合电路模型模拟了SiC RSD的开通过程,得到不同耐压等级的SiC RSD的开通电压、电流波形。     

开关电源模块设计及其并联均流研究

提出了一种基于CAN总线控制的直流软开关电源并联系统,其中电源模块采用加箝位二极管的零电压开关(ZVS)软开关拓扑,并联系统采用基于CAN总线通讯的自动选主主从均流法,控制系统以TMS320F2812型数字信号处理器(DSP)为核心,并采用Bang-Bang+比例积分微分(PID)控制算法。在实验样机中电源模块顺利实现了软开关,筘位二极管有效抑制了输出整流管的电压振荡与尖峰,提高了电源模块的可靠性;基于CAN总线的自动选主算法与均流算法实现了并联系统的自动主从设置,达到了冗余控制的目的,且均流不平衡度小于3%,获得了很好的均流效果。