基于功率MOSFET模块驱动电路的研究与实现

功率MOSFET已广泛应用于开关电源、电机调速、不间断电源、超声波发生器以及高频感应加热电源等诸多领域。与GTR相比较,它具有开关速度高、安全工作区较宽、驱动功率小等优点,而限制其应用的一个重要因素是开关容量。文章讨论一种具有保护功能的功率MOSFET模块驱动电路,并讨论了其参数估算方法,该电路可工作在数百千赫兹频率下,常用于高频感应加热电源中。

采用降温曲线的SiC MOSFET模块热参数的测量

SiC作为新一代宽禁带半导体材料,凭借其优异的电热特性,正逐渐投入市场并取代Si器件,然而其在实际应用时仍然面临着由于热应力带来的可靠性问题。为此,该文提出利用SiC MOSFET模块中的反并联SiC SBD芯片的正向导通压降来获取其降温曲线,并根据降温曲线的拟合时间常数与模块热网络参数之间的关系,求解得到模块的RC Cauer热网络参数。该方法在简化功率测量的步骤与热稳态平衡的条件的同时,还可得到精确的热网络模型用于各方面研究。

基于杂散电感分析的MOSFET模块布局结构设计的研究

金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal—Oxide—Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）模块内部芯片布局及封装结构的不同引起的寄生电感分布的差异对模块的可靠性有直接的影响。为了减小模块内部的杂散电感，提高模块工作的可靠性，本文提出了三种符合要求的功率模块芯片布局结构，对比分析了功率模块内部三种芯片布局结构产生的环路寄生电感对开关过程的影响。结果表明通过不同的布局结构设计，可以实现减小杂散电感，提高模块工作可靠性的目的，为模块的封装提供参考。

基于模块导通电阻的碳化硅MOSFET键合线健康状态评估方法

碳化硅MOSFET(SiC MOSFET)作为第三代半导体产品中的关键器件,在越来越多的领域发挥着至关重要的作用。随着SiC MOSFET的功率越来越大和应用的领域越来越多,SiC MOSFET模块的失效问题亟需重视。首先分析了SiC MOSFET模块工作的原理,讨论了SiC MOSFET模块检测的必要性,然后提出了一种基于模块导通电阻的检测方法,该方法可在不拆开模块封装的情况下对模块键合线的健康状态实现监测。为了验证所提方法的有效性,通过剪断不同数量键合线模拟实际键合线断裂程度,测量了键合线处于不同健康状态下的模块导通电阻,同时对温度和导通电流进行了归一化处理,消除了温度对测量结果的影响。

用于未来轨道牵引电路的双SiC MOSFET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SiC MOSFET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有显著的降低,从而导致功率-重量比的大幅改善。

基于碳化硅MOSFET功率模块的牵引变流器电磁兼容应用研究

宽禁带器件已逐渐可以满足高压、大功率的应用场合,其中碳化硅MOSFET功率模块因具备开关速度快、损耗小及高热导率的特性,已逐渐在铁路行业推广应用。使用碳化硅MOSFET功率模块代替传统的IGBT功率模块,可降低牵引变流器的体积和质量,从而实现更高的功率密度。文章中通过对碳化硅MOSFET功率模块的模型进行分析,着重解决其在高功率运行过程中产生的电磁干扰问题,为碳化硅MOSFET功率模块的广泛应用提供理论及实践依据。

混合模块及其应用

SiC器件是下一代电力电子器件,目前价高难推广应用,在器件换代过渡期为增大功率及降低成本推出Si和SiC混合模块是现实的解决方案。除价格因素外,SiC器件的高开关速度导致开关过程电压和电流大幅振荡,也为应用带来很大困难,混合模块有助于克服这困难。介绍两种Si和SiC混合模块的应用:硅IGBT和碳化硅BCD混合模块及硅IGBT和碳化硅MOSFET混合模块。另外,还介绍全硅IGBT和MOSFET混合模块的应用,它也能获得Si-IGBT+SiC-MOSFET模块的许多好处。

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。

全桥电力电子变压器的损耗研究

电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)作为电力电子技术的核心元器件之一,因其简单可控、体积质量较小等优点,已经越来越多地被应用在电力系统领域。然而,为减小器件体积,PET需运行在高频率下,其运行损耗会随着频率的升高而不断增加。变压器铁芯损耗过大一方面会导致设备的寿命缩短,增加系统的运行成本;另一方面也会导致系统电能传输的效率下降。因此,如何在不影响PET电压转换和电能传输两大功能的基础上,计算开关器件和变压器损耗,是目前研究的热点与重心。现针对变换器损耗计算问题,对变换器中各个部分的损耗产生进行了原理分析。

一款48 V BSG电机控制器开发与验证

针对轻型混合动力汽车开发了一款48 V带传动一体化起/发电机(BSG)电机控制器。阐述了该控制器的总体设计方案,对BSG电机控制器的结构、硬件、软件进行了分析,提出了基于功率MOSFET模块的风冷电机控制器设计方案,并对风冷散热板进行了热仿真,研究了MOSFET模块散热效果。最后,对试验样机进行了台架测试,由测试结果可以看出,所设计48 V BSG电机控制器具有良好的控制效果。

电动汽车中异步电机控制器硬件电路设计

以电动汽车为研究对象,低压5 k W异步电机为控制对象,完成驱动系统设计。以TMS320F2812DSP芯片为控制核心,采用MOSFET并联模块作为逆变器的开关器件,其中还包括了辅助电源、信号采集调理、驱动等电路设计,搭建了一个带速度传感器的电动汽车异步电机控制硬件电路。