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适用于SiC MOSFET的漏源电压积分自适应快速短路保护电路研究
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作者 李虹 胡肖飞 +1 位作者 王玉婷 曾洋斌 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期1542-1552,I0024,共12页
SiC MOSFET因其高击穿电压、高开关速度、低导通损耗等性能优势而被广泛应用于各类电力电子变换器中。然而,由于其短路耐受时间仅为2~7μs,且随母线电压升高而缩短,快速可靠的短路保护电路已成为其推广应用的关键技术之一。为应对不同... SiC MOSFET因其高击穿电压、高开关速度、低导通损耗等性能优势而被广泛应用于各类电力电子变换器中。然而,由于其短路耐受时间仅为2~7μs,且随母线电压升高而缩短,快速可靠的短路保护电路已成为其推广应用的关键技术之一。为应对不同母线电压下的Si C MOSFET短路故障,文中提出一种基于漏源电压积分的自适应快速短路保护方法(drain-sourcevoltageintegration-basedadaptivefast short-circuit protection method,DSVI-AFSCPM),研究所提出的DSVI-AFSCPM在硬开关短路(hardswitchingfault,HSF)和负载短路(fault under load,FUL)条件下的保护性能,进而研究不同母线电压对DSVI-AFSCPM的作用机理。同时,探究Si CMOSFET工作温度对其响应速度的影响。最后,搭建实验平台,对所提出的DSVI-AFSCPM在发生硬开关短路和负载短路时不同母线电压、不同工作温度下的保护性能进行实验测试。实验结果表明,所提出的DSVI-AFSCPM在不同母线电压下具有良好的保护速度自适应性,即母线电压越高,短路保护速度越快,并且其响应速度受Si CMOSFET工作温度影响较小,两种短路工况下工作温度从25℃变化到125℃,短路保护时间变化不超过90 ns。因此,该文为Si CMOSFET在不同母线电压下的可靠使用提供一定技术支撑。 展开更多
关键词 碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管 短路保护 漏源电压积分 母线电压 自适应
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SiC MOSFET高温栅氧可靠性研究 被引量:2
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作者 刘建君 陈宏 +3 位作者 丁杰钦 白云 郝继龙 韩忠霖 《电源学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期147-152,共6页
碳化硅SiC(silicon carbide)具有优良的电学和热学特性,是一种前景广阔的宽禁带半导体材料。SiC材料制成的功率MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)非常适合应用于大功率领域,而高温栅氧可靠性是大功率MOSFET最... 碳化硅SiC(silicon carbide)具有优良的电学和热学特性,是一种前景广阔的宽禁带半导体材料。SiC材料制成的功率MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)非常适合应用于大功率领域,而高温栅氧可靠性是大功率MOSFET最需要关注的特性之一。通过正压高温栅偏试验和负压高温栅偏试验对比了自研SiC MOSFET和国外同规格SiC MOSFET的高温栅氧可靠性。负压高温栅偏试验结果显示自研SiC MOSFET与国外SiC MOSFET的阈值电压偏移量基本相等,阈值电压偏移量百分比最大相差在4.52%左右。正压高温栅偏试验的结果显示自研SiC MOSFET的阈值电压偏移量较小,与国外SiC MOSFET相比,自研SiC MOSFET的阈值电压偏移量百分比最大相差11%。自研器件占优势的原因是在SiC/SiO2界面处引入了适量的氮元素,钝化界面缺陷的同时,减少了快界面态的产生,使总的界面态密度被降到最低。 展开更多
关键词 sic mosfet 可靠性 栅氧 高温栅偏
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SiC MOSFET驱动特性及器件国产化后的影响分析 被引量:1
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作者 姚常智 张昊东 +1 位作者 申宏伟 王建军 《电源学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期138-145,164,共9页
碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管SiC MOSFET(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)作为一种新型、广泛应用的开关器件,在实际应用中具有更快的开关速度和更低的器件损耗,可以提高变换器的效率,体现... 碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管SiC MOSFET(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)作为一种新型、广泛应用的开关器件,在实际应用中具有更快的开关速度和更低的器件损耗,可以提高变换器的效率,体现更好的性能。针对SiC MOSFET驱动特性,分析寄生参数对其的影响;搭建双脉冲实验平台,分析栅源电压与SiC MOSFET导通时间的关系;针对现有国产SiC MOSFET存在的不足之处,基于搭建的实验平台及其他电源产品,对SiC MOSFET进行国产化器件替代后导通时间、驱动损耗及负压幅值变化的相关分析。 展开更多
关键词 碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管 寄生参数 栅源电压 国产化
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动态高温反偏应力下的SiC MOSFET测试平台及其退化机理研究 被引量:1
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作者 左璐巍 辛振 +3 位作者 蒙慧 周泽 余彬 罗皓泽 《电源学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期211-219,共9页
为研究SiC MOSFET在动态漏源应力下的退化机理,开发了一种具有dVds/dt可调功能、最高可达80 V/ns的动态反向偏置测试平台。针对商用SiC MOSFET进行动态高温反偏实验,讨论高电压变化率的动态漏源应力对SiC MOSFET电学特性的影响。实验结... 为研究SiC MOSFET在动态漏源应力下的退化机理,开发了一种具有dVds/dt可调功能、最高可达80 V/ns的动态反向偏置测试平台。针对商用SiC MOSFET进行动态高温反偏实验,讨论高电压变化率的动态漏源应力对SiC MOSFET电学特性的影响。实验结果显示,器件的阈值电压和体二极管正向导通电压增加,说明器件JFET区上方的栅氧层和体二极管可能发生了退化。通过Sentaurus TCAD分析了在高漏源电压及高电压变化率下平面栅型SiC MOSFET的薄弱位置,在栅氧层交界处和体二极管区域设置了空穴陷阱,模拟动态高温反偏对SiC MOSFET动静态参数的影响。 展开更多
关键词 动态高温反偏测试 退化机理 sic mosfet 可调dV_(ds)/dt
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SiC MOSFET的质子单粒子效应
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作者 史慧琳 郭刚 +4 位作者 张峥 李府唐 刘翠翠 张艳文 殷倩 《半导体技术》 CAS 北大核心 2024年第7期654-659,共6页
SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在深空探测领域具有广阔的应用前景,但空间质子引发的单粒子效应(SEE)对航天器稳定运行造成了严重威胁。对平面栅结构与非对称沟槽栅结构的SiC MOSFET进行了能量为70、100与200 MeV的质子辐照... SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在深空探测领域具有广阔的应用前景,但空间质子引发的单粒子效应(SEE)对航天器稳定运行造成了严重威胁。对平面栅结构与非对称沟槽栅结构的SiC MOSFET进行了能量为70、100与200 MeV的质子辐照实验。实验结果表明,两种SiC MOSFET的单粒子烧毁(SEB)阈值电压均大于额定漏源电压的75%;SEB阈值电压随质子能量升高而降低。对两种器件进行辐照后栅应力测试发现,两种结构的器件由于沟道不同而对栅应力的响应存在差异;不同的质子能量会在栅极引入不同程度的辐射损伤,低能质子更容易在栅氧化层发生碰撞而引入氧化物潜在损伤。该研究可为揭示SiC MOSFET质子SEE机理和评估抗辐射能力提供参考。 展开更多
关键词 碳化硅(sic) 金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet) 单粒子效应(SEE) 单粒子烧毁(SEB) 电离效应 辐射损伤
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基于栅极参考电压的SiC MOSFET栅极氧化物健康状态在线监测方法 被引量:1
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作者 于圣旭 王智强 +3 位作者 辛国庆 时晓洁 谭令其 马凯 《电源学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期248-257,共10页
栅极氧化物退化是限制SiC MOSFET进一步广泛应用的关键可靠性问题。在线监测能够实时获取栅极氧化物健康状态,是提升SiC MOSFET可靠性的重要手段,因此提出一种基于栅极参考电压的SiC MOSFET栅极氧化物健康状态在线监测方法,并详细介绍... 栅极氧化物退化是限制SiC MOSFET进一步广泛应用的关键可靠性问题。在线监测能够实时获取栅极氧化物健康状态,是提升SiC MOSFET可靠性的重要手段,因此提出一种基于栅极参考电压的SiC MOSFET栅极氧化物健康状态在线监测方法,并详细介绍了利用栅极参考电压监测栅极氧化物健康状态的基本原理;提出一种栅极参考电压在线提取电路,经脉冲测试验证可以实现在线提取,经老化试验验证可以有效监测栅极氧化物健康状态。所提电路可以集成在栅极驱动中,不会显著增加系统复杂程度。 展开更多
关键词 栅极氧化物 健康状态 sic mosfet 在线监测
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用于SiC MOSFET开关电压测量的非接触式电场耦合电压传感器 被引量:3
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作者 耿嘉一 辛振 +1 位作者 石亚飞 刘新宇 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期3154-3164,共11页
准确测量碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)开关电压是评估SiC MOSFET开关特性、计算开关损耗、优化变换器设计的关键。随着SiC MOSFET开关速度... 准确测量碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)开关电压是评估SiC MOSFET开关特性、计算开关损耗、优化变换器设计的关键。随着SiC MOSFET开关速度、耐压及功率密度的提升,开关电压测量难的问题逐渐凸显,因此对电压传感器的带宽、耐压和侵入性提出了新的要求。该文以SiC MOSFET的开关电压为研究对象,根据目前开关电压的测量需求,提出一种利用电场耦合原理测量开关电压的非接触式电压传感器,并设计混合积分电路对传感器输出信号进行电压重构。在此基础上,通过仿真和计算着重分析电场耦合电压传感器的结构和电路参数的设计依据。传感器带宽范围为5Hz~260MHz,量程为-1000~+1000V,输入电容约为0.73pF,最后利用双脉冲测试,将其与商用示波器探头的测量结果进行对比,验证电场耦合电压传感器的准确性。 展开更多
关键词 非接触式电压测量 电场耦合 碳化硅金属–氧化物半导体场效应晶体管 开关电压
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基于PZT压电陶瓷的SiC MOSFET缓冲吸收电路
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作者 韩绪冬 孙鹏 +3 位作者 邹铭锐 王宇雷 牛富丽 曾正 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第18期7240-7253,共14页
在高速关断过程中,碳化硅(silicon carbide,SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管器件呈现出严重的电压过冲和振荡,降低器件电压裕量。通常,采用缓冲吸收电路改善SiC器件的关断电压轨迹。然而,现有研究忽略SiC器件与吸收电路的交互规律和... 在高速关断过程中,碳化硅(silicon carbide,SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管器件呈现出严重的电压过冲和振荡,降低器件电压裕量。通常,采用缓冲吸收电路改善SiC器件的关断电压轨迹。然而,现有研究忽略SiC器件与吸收电路的交互规律和工作温度对吸收电路性能的影响,限制缓冲吸收电路的应用。针对这些问题,该文提出一种基于锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)压电陶瓷的缓冲吸收电路,分析PZT的温度特性,通过建立半桥电路与PZT缓冲吸收电路的高精度交互模型,揭示PZT缓冲吸收电路与SiC器件的耦合规律,利用特征方程-根轨迹方法,定量刻画PZT缓冲吸收电路的参数设计域。对比评估工作温度对多种缓冲吸收电路性能的影响。实验结果表明,所提设计方法能很好地抑制关断电压过冲与振荡,验证设计方法的有效性。相较于传统RC缓冲吸收电路,PZT缓冲吸收电路在工作温度发生变动后,仍然具有很好的抑制效果,且抑制效果随工作温度的上升而不断增强。为SiC功率器件的暂态稳定性分析,以及功率模块和缓冲吸收电路的集成设计,提供有益的参考。 展开更多
关键词 碳化硅金属–氧化物半导体场效应晶体管 锆钛酸铅压电陶瓷 缓冲吸收电路 定量设计模型 温度特性
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Experiment and simulation on degradation and burnout mechanisms of SiC MOSFET under heavy ion irradiation 被引量:2
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作者 张鸿 郭红霞 +9 位作者 雷志锋 彭超 张战刚 陈资文 孙常皓 何玉娟 张凤祁 潘霄宇 钟向丽 欧阳晓平 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第2期525-534,共10页
Experiments and simulation studies on 283 MeV I ion induced single event effects of silicon carbide(SiC) metal–oxide–semiconductor field-effect transistors(MOSFETs) were carried out. When the cumulative irradiation ... Experiments and simulation studies on 283 MeV I ion induced single event effects of silicon carbide(SiC) metal–oxide–semiconductor field-effect transistors(MOSFETs) were carried out. When the cumulative irradiation fluence of the SiC MOSFET reached 5×10^(6)ion·cm^(-2), the drain–gate channel current increased under 200 V drain voltage, the drain–gate channel current and the drain–source channel current increased under 350 V drain voltage. The device occurred single event burnout under 800 V drain voltage, resulting in a complete loss of breakdown voltage. Combined with emission microscope, scanning electron microscope and focused ion beam analysis, the device with increased drain–gate channel current and drain–source channel current was found to have drain–gate channel current leakage point and local source metal melt, and the device with single event burnout was found to have local melting of its gate, source, epitaxial layer and substrate. Combining with Monte Carlo simulation and TCAD electrothermal simulation, it was found that the initial area of single event burnout might occur at the source–gate corner or the substrate–epitaxial interface, electric field and current density both affected the lattice temperature peak. The excessive lattice temperature during the irradiation process appeared at the local source contact, which led to the drain–source channel damage. And the excessive electric field appeared in the gate oxide layer, resulting in drain–gate channel damage. 展开更多
关键词 heavy ion silicon carbide metal–oxide–semiconductor field-effect transistors(sic mosfet) drain–gate channel drain–source channel single event burnout TCAD simulation
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Proton induced radiation effect of SiC MOSFET under different bias 被引量:1
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作者 张鸿 郭红霞 +11 位作者 雷志锋 彭超 马武英 王迪 孙常皓 张凤祁 张战刚 杨业 吕伟 王忠明 钟向丽 欧阳晓平 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第10期708-715,共8页
Radiation effects of silicon carbide metal–oxide–semiconductor field-effect transistors(SiC MOSFETs)induced by 20 MeV proton under drain bias(V_(D)=800 V,V_(G)=0 V),gate bias(V_(D)=0 V,V_(G)=10 V),turn-on bias(V_(D)... Radiation effects of silicon carbide metal–oxide–semiconductor field-effect transistors(SiC MOSFETs)induced by 20 MeV proton under drain bias(V_(D)=800 V,V_(G)=0 V),gate bias(V_(D)=0 V,V_(G)=10 V),turn-on bias(V_(D)=0.5 V,V_(G)=4 V)and static bias(V_(D)=0 V,V_(G)=0 V)are investigated.The drain current of SiC MOSFET under turn-on bias increases linearly with the increase of proton fluence during the proton irradiation.When the cumulative proton fluence reaches 2×10^(11)p·cm^(-2),the threshold voltage of SiC MOSFETs with four bias conditions shifts to the left,and the degradation of electrical characteristics of SiC MOSFETs with gate bias is the most serious.In the deep level transient spectrum test,it is found that the defect energy level of SiC MOSFET is mainly the ON2(E_(c)-1.1 eV)defect center,and the defect concentration and defect capture cross section of SiC MOSFET with proton radiation under gate bias increase most.By comparing the degradation of SiC MOSFET under proton cumulative irradiation,equivalent 1 MeV neutron irradiation and gamma irradiation,and combining with the defect change of SiC MOSFET under gamma irradiation and the non-ionizing energy loss induced by equivalent 1 MeV neutron in SiC MOSFET,the degradation of SiC MOSFET induced by proton is mainly caused by ionizing radiation damage.The results of TCAD analysis show that the ionizing radiation damage of SiC MOSFET is affected by the intensity and direction of the electric field in the oxide layer and epitaxial layer. 展开更多
关键词 PROTON silicon carbide metal–oxide–semiconductor field-effect transistor(sic mosfet) degradation defect ionization radiation damage
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桥式电路中SiC MOSFET串扰峰值预测算法研究
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作者 刘恒阳 孔武斌 +4 位作者 涂钧耀 楼航船 巫翔龙 李大伟 曲荣海 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第22期8862-8873,共12页
文中针对串扰电压峰值与驱动回路阻抗间的非线性关系,分段分析共源电感存在时串扰产生机理,提出一种碳化硅(silicon carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)串扰电压的分析... 文中针对串扰电压峰值与驱动回路阻抗间的非线性关系,分段分析共源电感存在时串扰产生机理,提出一种碳化硅(silicon carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)串扰电压的分析模型及预测算法。所提算法综合考虑共源电感、非线性极间电容等寄生参数与探头接线的影响,可实现引脚测量串扰电压的准确计算及器件内部串扰电压的提取。进一步,该算法针对栅极回路建模,并利用实测数据引入漏源电压与源极电流时变性,可适用于多桥臂电路及不同器件工况。最后,实验结果表明,所提算法可精准预测不同关断态驱动阻抗下的串扰峰值,其正向峰值平均预测误差仅为3.2%。该算法可为SiC MOSFET驱动电路设计提供定量计算参考。 展开更多
关键词 碳化硅金属氧化物半导体场效应管 驱动阻抗设计 串扰预测 共源电感
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SiC MOSFET特性及其应用的关键技术分析 被引量:22
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作者 张斌锋 许津铭 +2 位作者 钱强 张曌 谢少军 《电源学报》 CSCD 2016年第4期39-51,共13页
SiC MOSFET(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)以其优越的特性受到国内外学者的广泛关注,采用SiC器件的变换器能够采用高的开关频率、适应高温工作,实现高的功率密度,在一些应用场合能够代替Si基高... SiC MOSFET(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)以其优越的特性受到国内外学者的广泛关注,采用SiC器件的变换器能够采用高的开关频率、适应高温工作,实现高的功率密度,在一些应用场合能够代替Si基高频开关器件而显著提高电能变换装置的性能。然而,SiC器件与Si器件存在较大的差异,在实际应用中直接替换使用会存在诸多的问题,例如提高工作频率后产生的桥臂串扰、电磁干扰EMI(electromagnetic interference)等问题。目前已有大量关于SiC MOSFET应用研究的文献,但大部分都是针对SiC MOSFET应用中个别问题的研究,尚缺少对SiC MOSFET应用研究成果的系统性归纳与总结的文献。首先基于对SiC MOSFET与Si MOSFET/IGBT(insulated gate bipolar transistor)的静态、动态特性的对比,总结出SiC MOSFET在实际应用中需要关注的重点特性;然后从SiC MOSFET建模、驱动电路设计、EMI抑制以及拓扑与控制方式的选择等方面对已有的研究成果进行归纳与评述;最后指出了SiC MOSFET在应用中所需要研究解决的关键问题。 展开更多
关键词 sic mosfet 器件建模 驱动电路 EMI抑制
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一种改进SiC MOSFET开关性能的有源驱动电路 被引量:11
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作者 李先允 卢乙 +3 位作者 倪喜军 王书征 张宇 唐昕杰 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第18期5760-5769,共10页
与硅金属氧化物半导体场效应管(silicon metal oxide semiconductor field effect transistor,SiMOSFET)相比,碳化硅(silicon carbide,SiC) MOSFET具有更高的击穿电压,更低的导通电阻,更快的开关速度和更高的工作温度,正被广泛应用于光... 与硅金属氧化物半导体场效应管(silicon metal oxide semiconductor field effect transistor,SiMOSFET)相比,碳化硅(silicon carbide,SiC) MOSFET具有更高的击穿电压,更低的导通电阻,更快的开关速度和更高的工作温度,正被广泛应用于光伏逆变器、电动汽车和风力发电等领域,但是SiC MOSFET的高开关速度会导致器件开关过程中发生电流、电压过冲和振荡,不仅会增加器件的开关损耗,甚至会导致器件损坏。文中首先对SiC MOSFET的开关过程进行详细分析,得出器件开关过程中电流、电压过冲和振荡的产生机理,然后根据影响电流、电压过冲和振荡的关键因数,设计一款有源驱动电路。该电路能够在器件开关的特定阶段内同时增加驱动电阻阻值和减小栅极电流,从而抑制器件开关过程中的电流、电压过冲和振荡。实验结果表明,与传统驱动电路相比,所设计的有源驱动电路能够在不同驱动电阻、负载电流和SiC MOSFET条件下,均有效抑制器件的电流、电压过冲和振荡。 展开更多
关键词 碳化硅金属氧化物半导体场效应管 有源驱动电路 过冲 振荡
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SiC MOSFET栅源电压评估及驱动回路参数优化设计方法 被引量:6
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作者 秦海鸿 谢斯璇 +2 位作者 卜飞飞 陈文明 黄文新 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第18期6823-6834,共12页
为减少碳化硅(silicon carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的开关时间和导通电阻以提高效率,通常建议驱动电路采用更低的驱动电阻及更高的驱动电压。但是,由于实际驱动... 为减少碳化硅(silicon carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的开关时间和导通电阻以提高效率,通常建议驱动电路采用更低的驱动电阻及更高的驱动电压。但是,由于实际驱动电路中存在寄生参数,过快的开关速度容易产生振荡影响栅极的可靠性,限制SiC MOSFET长期高效安全运行。文中以SiC MOSFET驱动电路为研究对象,分析SiC MOSFET开通瞬态过程,建立考虑电路主要寄生参数的数学模型;定量分析驱动电路参数、主电路寄生参数及工况等影响因素对栅源电压的影响规律;揭示栅源电压、实验测试点电压与驱动电压的区别及影响因素;综合考虑器件应力与损耗,提出一种驱动电路参数优化设计方法。实验结果验证了数学模型与分析的正确性。 展开更多
关键词 碳化硅金属氧化物半导体场效应管 寄生参数 栅源电压 驱动参数设计
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SiC-MOSFET与Si-IGBT混合开关车载双向充电器中线桥臂设计及控制 被引量:6
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作者 付永升 任海鹏 +3 位作者 李翰山 石磊 雷鸣 闫克丁 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第19期6330-6344,共15页
为增强电动汽车与电网的互动能力,车载双向充电器已成为现研究的热点。设计采用碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbide-metal oxide semiconductor filed effect transistor,SiC-MOSFET)与硅绝缘栅双极型晶体管(silicon-i... 为增强电动汽车与电网的互动能力,车载双向充电器已成为现研究的热点。设计采用碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbide-metal oxide semiconductor filed effect transistor,SiC-MOSFET)与硅绝缘栅双极型晶体管(silicon-insulated gate bipolar transistor Si-IGBT)相结合,完成了基于双有源桥(dual active bridge,DAB)与三相四线逆变器级联的双向充电系统。通过建立逆变器数学模型分析了不平衡负载下产生分裂电容电压震荡的原因,描述了震荡幅值与负载不平衡度之间的关系,为分裂电容值的选择提供了理论依据。对实际控制系统中存在的延迟,分析使用Si-IGBT构建中线桥臂的可行性,提出了基于虚拟阻抗的双向充电器在不平衡负载下中线桥臂与其他3个桥臂之间的解耦控制方法。并使用10kHz与50kHz开关频率验证了不平衡负载下该控制方法对分裂电容电压震荡的抑制作用。提出该系统在V2G,G2V及V2H这3种不同工作模式下的详细控制策略,通过实验验证了不同模式下的控制策略及中线解耦控制方法的可行性和有效性。并进一步分析该拓扑结构在V2H模式下同时为多个不同住宅提供单相电的可能性,为采用SiC设计类似的电力电子设备提供系统的设计方案及控制方法。 展开更多
关键词 车载双向充电器 碳化硅-金属氧化物半导体场效应晶体管(sic-mosfet) 中线桥臂 三相四线逆变器 虚拟阻抗 控制延时
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探头影响SiC MOSFET暂态稳定的阻抗建模 被引量:5
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作者 曾正 余跃 +1 位作者 欧开鸿 王金 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第9期2983-2995,共13页
碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物–半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的开关速度非常快,对功率器件、电路布局和测量探头的寄生参数极为敏感。然而,测量探头和功率器件的交互机... 碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物–半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的开关速度非常快,对功率器件、电路布局和测量探头的寄生参数极为敏感。然而,测量探头和功率器件的交互机理、探头寄生参数对SiC MOSFET暂态稳定的影响机理尚不明晰,给SiC MOSFET的工业应用带来了严峻挑战。计及探头的寄生参数,该文建立电压和电流探头的电路模型和数学模型,揭示探头寄生参数对输入阻抗和测量带宽的影响规律。此外,从阻抗的角度,建立器件和探头交互作用的电路模型和数学模型。从根轨迹的角度,分析多种因素对SiC MOSFET暂态稳定性的影响规律。大量对比实验结果表明:探头的寄生参数会干扰SiC MOSFET暂态稳定性,且受辅助电路调节。低带宽的电压探头具有较大的输入电容,低带宽的电流探头具有较大的寄生电感,这些寄生参数会降低SiC MOSFET的暂态稳定性。使用较大的栅极驱动电阻,可以增强器件的暂态稳定性。此外,缓冲电路也有助于提升器件的暂态稳定性。 展开更多
关键词 碳化硅金属–氧化物–半导体场效应晶体管 暂态不稳定 测量探头 阻抗建模
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提升桥式电路中SiC MOSFET关断性能和栅极电压稳定性的有源驱动电路研究 被引量:4
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作者 李虹 邱志东 +2 位作者 杜海涛 邵天骢 王作兴 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第21期7922-7933,共12页
碳化硅金属氧化物半导体场效应管(silicon carbide metal oxide semiconductor field effect transistor,SiC MOSFET)以其低开关损耗、高工作频率、高开关速度等优点越来越广泛地应用于各类电力电子变换器。然而,电路中寄生电感的存在... 碳化硅金属氧化物半导体场效应管(silicon carbide metal oxide semiconductor field effect transistor,SiC MOSFET)以其低开关损耗、高工作频率、高开关速度等优点越来越广泛地应用于各类电力电子变换器。然而,电路中寄生电感的存在、过高的开关频率和速度,会使得SiC MOSFET在关断瞬态产生漏极电压尖峰和振荡,严重情况下可造成雪崩击穿;并且加剧栅极电压的串扰(crosstalk)现象。上述问题不仅对半导体器件的安全运行构成威胁,而且会恶化电力电子变换器的高频电磁干扰问题。为此,文中首先分析SiC MOSFET关断过程瞬态电压尖峰和振荡以及串扰的形成机理,并在此基础上提出一种基于dv/dt检测的提升SiC MOSFET关断性能和栅极电压稳定性的有源驱动电路。该驱动电路通过检测关断过程中漏极电压上升的斜率,在漏极电流下降阶段抬升栅极电压,从而抑制漏极电压尖峰和振荡;在串扰发生阶段构造低阻抗回路来有效抑制栅极的串扰尖峰。实验结果表明,所提有源驱动电路不仅能够有效抑制SiC MOSFET关断过程漏极电压的尖峰和高频振荡,而且能够有效抑制栅极串扰的正负向电压尖峰。因此,所提出的有源驱动电路可以有效抑制电力电子变换器的高频电磁干扰,提升其电磁兼容性能。 展开更多
关键词 碳化硅金属氧化物半导体场效应管 电压尖峰和振荡 串扰 有源驱动 电磁干扰
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抑制瞬态电压电流尖峰和振荡的电流注入型SiC MOSFET有源驱动方法研究 被引量:14
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作者 冯超 李虹 +2 位作者 蒋艳锋 赵星冉 杨志昌 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第19期5666-5673,共8页
为了满足电力电子系统高频、高效和高功率密度的需求,碳化硅金属氧化物半导体场效应管(silicon carbide metal oxide semiconductor field effect transistor,SiC MOSFET)越来越广泛地应用于各类电力电子变换器。其开关过程中存在瞬态... 为了满足电力电子系统高频、高效和高功率密度的需求,碳化硅金属氧化物半导体场效应管(silicon carbide metal oxide semiconductor field effect transistor,SiC MOSFET)越来越广泛地应用于各类电力电子变换器。其开关过程中存在瞬态电压电流尖峰和高频振荡,不仅对半导体器件的安全运行构成威胁,而且会恶化电力电子变换器的电磁兼容性。该文针对SiCMOSFET开关过程中存在的瞬态电压电流尖峰和振荡的问题,分析SiCMOSFET开关过程及瞬态电压电流尖峰和振荡产生机理,并在此基础上提出一种电流注入型有源驱动电路。该有源驱动电路通过在SiCMOSFET开通过程的电流上升阶段向栅极注入反向电流,在关断过程的电流下降阶段向栅极注入正向电流,以达到抑制开关过程瞬态电压电流尖峰和振荡的目的。实验结果表明,提出的有源驱动电路能够有效抑制SiCMOSFET开关过程瞬态电压电流的尖峰和高频振荡,从而从源头上改善了电力电子变换器的电磁兼容。 展开更多
关键词 碳化硅金属氧化物半导体场效应管 有源驱动 尖峰 振荡 电磁干扰
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基于准串联SiC MOSFET的高增益直流电力电子变压器 被引量:3
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作者 刘基业 郑泽东 +2 位作者 李驰 王奎 李永东 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第8期2987-2996,共10页
直流配电技术相较于交流配电有诸多优势,其在深海设备供电应用中有广阔前景。该文提出一种基于准串联碳化硅(siliconcarbide,Si C)金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的直流电... 直流配电技术相较于交流配电有诸多优势,其在深海设备供电应用中有广阔前景。该文提出一种基于准串联碳化硅(siliconcarbide,Si C)金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的直流电力电子变压器(power electronic transformer,PET),能够在体积受限的条件下,实现几千伏中压直流到几百伏低压直流的高增益隔离电能变换。直流PET通过多个隔离降压子模块在输入端串联–输出端并联实现高电压增益。为满足输入侧高电压的需求,同时降低直流PET体积,在输入侧采用准串联Si CMOSFET半桥结构,提高子模块输入电压等级,减少子模块数量。采用裸芯片对直流PET进行搭建,并采用绝缘冷却液浸泡的方式,实现直流PET的绝缘和散热,进一步减小绝缘、散热体积,满足深海场景体积受限的应用需求。最后,搭建1台4.5kV/680V/30kW实验样机验证所提方案的可行性。 展开更多
关键词 准串联 碳化硅金属–氧化物半导体场效应晶体管 深海供电 直流电力电子变压器
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6.5kV高压全SiC功率MOSFET模块研制 被引量:5
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作者 金晓行 李士颜 +4 位作者 田丽欣 陈允峰 郝凤斌 柏松 潘艳 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期1753-1758,共6页
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Si... 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绝缘栅双极晶体管芯片在开关速度及开关损耗方面具有巨大优势,该款6.5kV SiC功率模块在智能电网、电能转换及配电网络领域具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 碳化硅 碳化硅功率金属场效应晶体管模块 6.5kV 开关时间 开关损耗
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