【摘 要】
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近年来,以碳化硅(SiC)为代表的第三代宽禁带半导体器件成为研究热点,其中SiC MOSFET以其优异的特性有望在高压、高频、高温应用中取代SiIGBT,满足更高功率密度的应用需求,本文从SiC MOSF ET的驱动电路设计出发,主要针对大功率SiC MOSFET的并联主动均流方法进行了研究。首先,本文介绍了SiC MOSFET的器件结构和开关特性,为了优化SiC MOSFET的开关波形,将开关过
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近年来,以碳化硅(SiC)为代表的第三代宽禁带半导体器件成为研究热点,其中SiC MOSFET以其优异的特性有望在高压、高频、高温应用中取代SiIGBT,满足更高功率密度的应用需求,本文从SiC MOSF ET的驱动电路设计出发,主要针对大功率SiC MOSFET的并联主动均流方法进行了研究。首先,本文介绍了SiC MOSFET的器件结构和开关特性,为了优化SiC MOSFET的开关波形,将开关过程细分为多个阶段,对其分阶段精细化控制,提出了一种可变栅压门极驱动结构,该方法可以在几乎不影响开关时间的情况下,改变开关过程中的电流、电压变化率,从而降低开关过程中的电流、电压尖峰。然后,为了实验分析和并联应用,利用SolidWorks和ANSYS Q3D软件对器件并联的结构进行了设计和仿真,得到对称的并联结构。同时,本文从器件、驱动回路和功率回路三个层面,系统地分析了SiC MOSFET在并联应用中影响电流均衡的因素。接着,在可变栅压门极驱动结构的基础上,提出了一种基于di/dt电流检测的栅压延时补偿和切电压补偿相结合的主动均流方法,前者使并联电流变化沿同步,后者用于调节电流变化斜率及尖峰,阐述了它的工作过程并进行了均流控制的仿真分析,初步证明该方法可行。搭建双脉冲和短路测试实验平台,证明可变栅压门极驱动结构可以有效优化开关波形,并在短路情况下安全关断器件;同时,搭建并联实验平台,实验分析了不同参数对SiC MOSFET并联电流分配的影响以及不同工况下的均流情况。最后,针对SiC MOSFET的并联不均流情况,采用本文的均流方法对其进行改善,在开通过程中,改善前电流尖峰有60A的差距,延时补偿后电流尖峰差距减小到40A左右,切电压补偿后并联电流大体相同;关断过程中,改善前电流差异达到40A,延时补偿后波形几乎重合,从而验证了本文的主动均流方法可以改善并联电流不均的情况。
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