【摘 要】
：
碳化硅（Silicon Carbide,SiC）绝缘栅双极型晶体管（Insulated-Gate-BipolarTransistor,IGBT）器件因其材料的优势而具有更快的开关速度和更高的阻断电压,但同时也给驱动电路设计带来了更大的挑战。对于柔性直流输电系统几百千伏的直流母线电压,单只器件难以满足耐压方面的需求,器件的串联使用是一种可行的解决方案。因此,对于各串联器件之间的电压不均衡,同样是一个
【基金项目】
：
国家重点研发计划项目“碳化硅大功率电力电子器件及应用基础理论研究”（项目编号:2018YFB0905700、2018YFB0905705）；
论文部分内容阅读
碳化硅（Silicon Carbide,SiC）绝缘栅双极型晶体管（Insulated-Gate-BipolarTransistor,IGBT）器件因其材料的优势而具有更快的开关速度和更高的阻断电压,但同时也给驱动电路设计带来了更大的挑战。对于柔性直流输电系统几百千伏的直流母线电压,单只器件难以满足耐压方面的需求,器件的串联使用是一种可行的解决方案。因此,对于各串联器件之间的电压不均衡,同样是一个需要重点考虑的问题。本文在对高压（High Voltage,HV）SiC IGBT开关过程分析的基础上,确定了驱动电路设计中的主要考虑因素。针对高压SiC IGBT器件高速开关过程中的高共模电压（common mode voltage）变化率造成的共模电流问题,设计了低耦合电容栅极驱动器。基于有限元分析方法（Finite Element Method,FEM）,建立了隔离变压器的仿真模型。仿真结果显示,单环形隔离变压器和双环形隔离变压器的耦合电容分别为5.67p F和0.67p F。随后,搭建了双脉冲测试电路。在4.5k V条件下,所设计的驱动器可以正常开通和关断6.5k V SiC金属-氧化物-半导体-场效应晶体管（Metal-OxideSemicondutor Field-Effect Transistor,MOSFET）模块和10k V SiC IGBT器件。同时,与单环形隔离变压器相比,流过双环形隔离变压器原边的共模电流降低了13.1%。针对串联高压SiC IGBT器件面临的动静态电压不均衡的问题,本文采用了单驱动电压平衡驱动器的方案。首先,对双管串联高压SiC IGBT器件的工作过程进行了分析,总结了各部分子电路的作用。随后,基于高压SiC IGBT器件的行为模型（Behavioral Model,BV）搭建了仿真电路。最后,搭建了双管串联高压SiC IGBT器件的实验测试平台,同时进行了双脉冲测试。对于双管串联的10 k V/12.5 A SiC IGBT器件,在最高6.5 k V/6A的条件下,两只器件的最大电压差为240 V,相应的电压不均衡度（voltage-unbalance factor）为3.69%,在可接受的范围内。进一步地,在不同的条件下进行了测试。实验结果表明,电压不均衡度变化很小,在绝大多数情况下小于5%,证明了该单驱动电压均衡电路具有良好的鲁棒性。
其他文献
微电网可分为交流微电网和直流微电网两类。其中,直流微电网为可再生能源和直流负载提供了更便利的接口,亦可实现更高的供电效率和更低的使用成本。因此,直流微电网越来越多地被应用于工业园区、智慧乡村、偏远地区的户用微电网等场景。但是,传统微电网在接入端口较多时,需要使用较多的电力电子变换器,导致系统的硬件成本增加,且变换器之间相互独立,协调控制亦较为复杂。将具有多个端口的变换器（称为多端口变换器）应用于直
随着我国“2030碳达峰”和“2060碳中和”政策的落实和推进,我国新能源装机容量和发电量也在不断提升。在新能源发电快速发展的同时,国内外也出现了多例与新能源变流器相关的电力事故。限于变流器复杂的装备特性和控制类型,其在大扰动下的响应特征和稳定特性还不够明确,现有研究缺乏对变流器全过程稳定性的充分认识,不利于基于稳定性约束的变流器控制参数设计。为此,本文以新能源变流器为研究对象,针对其两种主流控制
电力电子技术是支撑国家多个产业的重要基础技术,而仿真分析是电力电子研究的重要手段,广泛应用于电力电子电路设计中。当前,电力电子控制系统正从传统控制向智能控制过渡与发展,这对电力电子仿真分析提出了更高的要求。在许多应用场合中,设计人员都希望能对电力电子系统进行快速仿真分析及控制器设计验证,从而加速产品设计与部署进程。目前的仿真工具与方法多样,但常常需要学习特定的软件语言、需使用多种软件进行交互（当需
随着电力电子变换器的日益增多,由高次宽带谐波导致的电能质量问题越来越受到人们的关注。基于SiC MOSFET等宽禁带半导体器件的高频有源电力滤波器（Active Power Filter,APF）因具有宽频带的电流跟踪能力,成为治理高次宽带谐波的有效工具。为了提高APF的宽频带谐波治理能力,本文研究了以下四个问题:SiC MOSFET的开关振荡会降低APF输出电流的波形质量。本文对此引入了RC阻尼
永磁同步电机因其拥有高效率、高功率密度、高可靠性等优点而被广泛应用于各行各业,诸多应用均对永磁同步电机的低谐波运行、高性能控制提出了迫切的需求。然而,由于气隙磁场畸变以及逆变器的非线性特性等因素,永磁同步电机的定子电流中含有大量谐波。这些谐波的存在使得电机出现转矩脉动、效率下降、电磁干扰等一系列问题。为此,本文从采用三电平逆变器和加入LC滤波器这两方面出发,对永磁同步电机的电流谐波抑制进行了研究:
目前,宽禁带功率半导体的出现使得电力电子装置功率密度不断提高。SiC MOSFET输入电容较Si MOSFET更小,开关速度更快,可以支持更高的开关频率,但对门极驱动器提出了更高的要求。先前的门极驱动器研究表明,采用电流源型驱动器在开关损耗方面优于传统电压源型驱动器,但实际中发现当电流源型驱动器驱动电流较低或SiC MOSFET米勒平台电压较低时,采用电流源型驱动器的SiC MOSFET开关损耗会
感应电机无速度传感器矢量控制系统由于其低成本、高可靠性与易维护等优点,被广泛应用于国民生产的各个领域。然而感应电机无速度传感器矢量控制系统在低同步转速下的不稳定问题,限制了其可靠运行范围,带来巨大安全隐患,一直是工业应用与学术研究的主要难题。首先为满足感应电机无速度传感器矢量控制系统宽速域运行的稳定性要求,本文通过虚拟电压注入法解决系统低同步转速下的不稳定问题。不同于传统的信号注入法,虚拟电压注入
磁悬浮轴承是利用电磁力对转子进行悬浮的一种支承装置,可以对支撑特性和转子动力学行为进行主动控制,是高速旋转机械中的理想解决方案。功率放大器作为磁轴承的核心部件,其性能提升对磁轴承系统优化有重要意义。本文主要对磁轴承系统中以功率放大器为主的关键部件进行了研究,以减少成本、优化性能、提升可靠性,并研发了以磁轴承结构为核心的电磁力加载装置。本文首先对磁悬浮轴承系统进行建模,对其电磁机构、控制系统和功率放
近年来碳化硅（Silicon Carbide,SiC）金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET）凭借其高压、高温、高频、高效的优势成为研究的热点。串联是解决其电压等级不足的主流思想,而不均压是限制串联广泛应用的主要原因。本文针对有源驱动延时均压控制方式,就SiC MOSFET串联均压模型、控制策略
高功率超宽带微波源要求输出脉冲的上升时间在亚纳秒范围内,高压亚纳秒开关是其关键技术之一。快速离化晶体管（Fast Ionization Dynistors,FID）是基于延迟雪崩击穿现象的新型两端半导体器件,其导通时间小于1ns,能够满足高功率超宽带微波源的应用需求。为了解决FID器件国产化以及器件开通原理尚不明确的问题,本文在FID器件的导通机理研究、二维数值仿真模型的建立、器件芯片结构参数设计