SiC MOSFET短路特性

为确保碳化硅(SiC)功率器件在过载、短路等工况下能安全可靠地工作,必须充分认识SiC器件的短路机理。首先对SiC MOSFET硬开关短路故障下短路电流原理进行了分析,在此基础上对不同电路参数对SiC MOSFET短路特性的影响进行了对比分析,揭示了短路特性的关键影响因素,并对Si与SiC MOSFET短路能力和器件恶化机理进行了对比分析,从而为设计SiC MOSFET短路保护电路提供一定的指导。     

碳化硅MOSFET的Matlab/Simulink建模及其温度特性评估

为了更好地评估碳化硅(Silicon carbide,SiC)MOSFET在功率变换装置中的性能,需要建立精确的SiC MOSFET模型。针对传统的SiC MOSFET的建模方法的不足,在Matlab/Simulink环境中提出了一种基于先进迁移率模型的SiC MOSFET模型。利用Matlab/Simulink强大的数学处理能力和丰富的模块功能,该模型考虑了实际SiC/SiO_2界面特性的影响。利用SiC MOSFET的产品手册中的实测曲线和所搭建的实验电路的测试结果验证了所建立模型的准确性。基于所建立的模型,研究了SiC/SiO_2非常重要的界面参数——界面陷阱电荷对SiC MOSFET温度特性的影响;从模型和实验上对比了SiC MOSFET与Si MOSFET在开关电路中瞬态温度的变化,结果显示碳化硅功率器件具有非常优秀的温度特性。     

寄生电感对SiC MOSFET开关特性的影响

随着开关频率的增大,寄生电感对碳化硅(SiC)器件动态开关过程的影响程度也越来越大,无法充分发挥其高速开关下低开关损耗的性能优势。本文采用理论定性分析与实验定量研究相结合的方法,考虑相关寄生电感,对SiC MOSFET基本开关电路建立数学模型,确立影响开关特性的主要因素,然后通过SiC器件高速电路双脉冲测试平台,对各部分寄生电感对SiC器件开关性能的影响进行系统研究,揭示寄生电感对SiC MOSFET开关特性的影响规律。在此基础之上,根据SiC高速开关电路实际布局的限制,在布局紧凑程度或回路走线总长度相对不变的情况下,对各部分寄生电感的匹配关系进行研究,归纳出SiC器件开关过程受寄生参数影响的特性规律,从而指导SiC基高速开关电路的优化布局设计。     

全桥变换器中输出变压器偏磁的调节

阐述了全桥变换器由于两桥臂功率器件参数的不对称，引起输出变压器直流磁化，从而带来桥臂电流的不平衡和由此造成变换器性能的恶化。介绍了常用的一些解决方法，诸如变压器初级串联电容，或增加铁芯气隙以及根据检测桥臂电流不平衡用固定的脉冲宽度反向修正桥臂脉冲宽度等方法，并提出了一种新型的直流磁化控制电路，一个桥臂的脉冲宽度取决于输出调节信号，通过检测一个周期内流过两桥臂的平均电荷量为零决定另一个桥臂的脉冲宽度，实时地消除电流不对称引起的偏磁，这一方法得到了实验证实。     

一种减小PFC变换器电容规格的方法

常规的由Boost和DC/DC变换器级联构成的两级式PFC变换器,在Boost电路输出端要接高耐压等级的电解电容作为储能电容,不仅体积大、价格高,而且寿命短,为此本文研究了一种低压输出的Boost/半桥组合式软开关谐振PFC变换器。该变换器利用半桥电路输出端的低压电解电容平衡瞬时功率,Boost电路输出端电容与变压器漏感谐振,并不大量储能,由此减小了Boost电路电容的规格,提高了工作可靠性。讨论了该变换器的控制策略,前后级共用一套控制电路,实现功率管的软开关和能量的传递。分析了降低电容容值的可行性,指出采用小容值非电解电容替代Boost电路输出端的大容量电解电容后,变换器具有良好的性能。给出了Boost和半桥电路输出端电容的设计方法,进行了实验验证。     

串-串补偿与串-并补偿非接触谐振变换器特性分析与控制策略

非接触供电技术由于其供电灵活,具有少维护性及安全方便的优点,在移动设备充电场合、油田、水下供电场合具有很大的优势。本文主要针对串-串补偿、串-并补偿两种最为常用的非接触谐振变换器进行了分析。通过对两种变换器输出电压增益、输入阻抗的分析,说明了串-串补偿非接触谐振变换器更适合采用自激控制方法工作于高频增益交点,可获得较为恒定的输出和较高的效率;而串-并补偿非接触谐振变换器则更为适合采用锁相环(Phase lock loop,PLL)控制。最后,通过一台60W串-串补偿和一台100W串-并补偿非接触谐振变换器的实验证明了分析的正确性。     

碳化硅基直流固态断路器短路保护方法

碳化硅器件比硅器件具有更低的导通电阻,用其制作直流固态断路器可以大大降低其通态损耗,减轻散热压力。然而相比于硅器件,由于碳化硅器件管芯面积小,电流密度大,其短路能力相对较弱,短路保护要求更高。为确保碳化硅器件安全可靠工作,提高碳化硅基直流固态断路器的可靠性,对比分析了硅基与碳化硅基MOSFET的短路能力,揭示了其器件恶化机理,研究了栅源极电压箝位方法,并结合去饱和检测,提出了一种基于源极寄生电感的"软关断"短路保护方法,制作了直流固态断路器样机进行实验验证。实验结果表明,所提方法可以降低功率器件的关断电压应力、抑制短路电流,适合碳化硅基直流固态断路器短路保护。     

应用于三相变换器的三维空间矢量调制

为实现三相四线的交通输出，变换器电路采取四桥臂新型拓扑，其控制采取了三维空间矢量调制，实现了变换器的在线调压及输出中点的形成，且该控制思想可以方便地在现有数字变换器平台上实现。本文对这种控制方案进行了详细分析，并以20kVA变速恒频电源变换器样机作为应用实例，给出了控制方案的详细推导过程和系统仿真结果。     

桥式驱动功率MOSFET的电磁干扰与抑制

为解决功率MOSFET因栅极驱动信号振荡产生的过热损坏问题，从MOSFET的模型入手，给出了考虑驱动电路各寄生参数的半桥逆变电路等效模型．深入分析了栅极振荡的产生机理，推导了各参数与振荡之间的关系表达式，绘制了以各参数为自变量的振荡三维时域暂态关系曲线，并以此为依据进行参数优化设计，通过增加MOSFET开通时间，最大程度地抑制振荡。理论分析和实验结果表明，改进后的驱动电路简单、实用，实现了系统的安全稳定运行。     

燃料电池电动车用隔离Boost全桥变换器的研究

针对燃料电池电动车辅助能源系统低压大功率、大升压比的特点,分析了几种隔离变换器方案,这几种方案均难以做到大功率应用。为此,提出了采用隔离Boost全桥变换器拓扑方案可有效地解决上述技术难点。文中介绍了该方案的原理,详细分析了控制系统,给出了数字化控制的实现方法和主电路关键参数的设计。为了验证上述方案的正确性,设计了5 kW,24 V输入300 V输出的隔离Boost全桥变换器。实验结果表明,系统具有良好的动态和静态性能,能有效地应用于电动汽车等领域。     

一种具有互锁功能的比例驱动电路的分析研究

介绍一种应用于双极型功率晶体管的比例驱动电路，它具有优良的驱动特性，能有效地减小功率开关管的开关损耗及存储时间，电路设置互锁功能防止桥臂上下两功率管的共同导通，保证逆变桥功率管可靠工作及减小驱动电路对输出波形的影响，尤其适用于ＳＰＷＭ桥式逆变器中，该电路已获得成功的应用，文中对该驱动电路及驱动变压器铁芯的磁化状态作了深入的分析和研究。     

新颖正激推挽电路的研究及工程实现

介绍了一种新颖的正激推挽变换器。详细分析了它的工作原理 ,并和推挽电路作对比。由于它能抑制推挽变换器特有的铁心偏磁及开关管上高的电压尖峰 ,从而可以采用电压型控制方案 ,简化了控制方式 ,同时降低了对器件一致性的要求 ,使本电路的变换器产品便于批量生产。最后通过对 2 8.5 V输入、75 V输出 1 k W DC/ DC变换器的研制 ,对该电路拓扑进行了实验验证 ,试验结果表明 ,正激推挽电路在低压输入应用场合有较大的优势     

光伏发电系统中高升压比DC-DC变换器

光伏发电作为太阳能的重要应用方式正受到越来越广泛的关注,普遍采用前级DC-DC变换和后级逆变的结构。单相逆变器的输出电压通常为220 V(AC),这就要求前级DC-DC变换器具有很高的升压比。由于单级式DC-DC变换器难以满足要求,本文采用Boost变换器加ZVS全桥直流变压器的两级式结构。针对ZVS全桥直流变压器的不足,将LLC谐振网络应用于全桥直流变压器电路,提出了一种全桥LLC谐振直流变压器,从而实现整个负载范围内开关管的ZVS和整流二极管的ZCS。最后,分别制作了两台1 kW的原理样机进行实验验证,实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于BUCK型DC-DC变换器的仿真研究

本文通过稳态分析的方法对BUCK型DC-DC电源变换器的工作原理和电路参数选择做了理论分析。同时利用MATLABSIMULINK/PSB建立BUCK型电路模型并进行仿真,将仿真获得的技术参数应用于DC-DC变换器的设计中。     

微机电系统磁场传感器信号处理电路研究

介绍了一种微机电系统(Micro-electro-mechanical system,MEMS)磁场传感器微弱信号处理电路的设计,该处理电路是MEMS磁场传感器的重要组成部分,该电路由放大电路和滤波电路构成。对设计的处理电路进行模拟分析和实验测试,处理电路性能良好。外接MEMS磁场传感器后对传感器性能进行测试,传感器的电流-电压特性以及磁场-电压特性符合最初的设计要求,灵敏度可以达到14mV/mT。实验表明该电路对输出信号进行了放大,并有效地抑制了噪声,且有良好的灵敏度。     

半桥三端口变换器并联控制

介绍了一种半桥三端口变换器并联系统的均流控制策略。为了实现并联系统的稳定、均流运行,要求至少对其中两个端口进行均流控制,另一个端口根据功率平衡实现自然均流。采用一种近似解耦方法,通过设置控制环路带宽和引入解耦控制变量,实现了单个变换器模块控制环路之间的近似解耦,以方便控制环路参数设计。为了实现并联系统较高的稳定度和均流度,采用平均电流均流外环、电压内环的均流控制结构,并对均流环参数进行优化设计。基于200W半桥三端口变换器模块搭建并联系统,实验结果验证了均流控制策略的正确性。     

基于微型压力传感器阵列的翼面压力分布直接测量系统

研发了微型压力传感器并构成柔性衬底基阵列,直接置于翼型外表面实现压力分布测量.结合传感器特性和气动测量需求,设计了压力传感器阵列恒流驱动电路和差分滤波电路,并通过LabVIEW调用所开发的MAT-LAB的应用程序实现了数据的在线处理和实时显示.结合NACA0012翼型对该测压系统进行了低速风洞实验.对其有效进行了初步验证.     

碳化硅在导热材料中的应用及其最新研究进展

随着社会的发展和科学技术的进步,电子设备和仪器越来越趋向精密化、小型化和高性能化,而效能提升随即带来对导热散热的高需求。其中,碳化硅(SiC)由于具有良好的耐磨性、高温力学性、抗氧化性、宽带隙等特性,在半导体、核能、国防及空间技术等高科技领域具有广阔的应用前景。除此之外,SiC具有的高导热系数奠定了其在第三代半导体材料中的地位,促进了其在新一代芯片技术和导热散热技术领域的推广应用。本综述对SiC的晶体结构、导热机理和影响其导热性的多型体、二次相、晶体尺寸、孔隙率、温度等因素进行了分析,并讨论了SiC掺杂对导热性能的影响;总结了SiC作为导热材料的应用及其国内外最新研究进展,并展望了SiC作为导热材料的未来发展趋势。     

一种考虑温度影响的SiC JFET的数据驱动模型

提出了基于数据驱动建模思想建立考虑温度影响的常断型SiC JFET器件模型的方法,解决了目前物理建模方法应用于功率半导体器件建模过程中器件自身结构、材料等参数获取困难的问题。根据常断型SiC JFET器件手册的图表信息并结合部分实测数据,在Saber软件中建立其热电耦合模型。通过对其静态特性和动态特性的仿真和实验研究,验证了考虑温度影响的常断型SiC JFET数据驱动模型的准确性。该数据驱动建模方法可以推广应用于其他功率半导体器件如功率SiC MOSFETs和GaN FETs等的建模。     

输入输出共地的Buck三电平变换器

输入输出共地的Buck三电平变换器开关管的电压应力为输入电压的一半，采用交错控制方式，滤波电感最大可以减小为Buck变换器的滤波电感的1／4。本文详细分析了变换器的工作原理及该变换器的输入输出特性，并解决了飞跨电容电压的控制问题。文中给出了实验结果，验证该变换器以及确保飞跨电容电压为输入电压一半方法的可行性，并进行变换器的动态实验，表明均压电路在输入电压和负载突变过程中依然能保证飞跨电容电压为输入电压的一半。