论文部分内容阅读
受制于Si材料的物理特性，Si基器件已无法满足充电设备在功率密度和开关损耗等方面对功率器件的性能需求。作为第三代宽带隙半导体的典型代表，SiCMOSFET具有耐高压，耐高温和开关损耗低等优良特性。相比于Si器件，SiCMOSFET应用于充电设备中将极大减小设备体积，提高设备的功率密度和效率。然而，由于SiCMOSFET封装与设计中引入杂散参数，使其应用于桥臂电路中极易在开关瞬态产生栅极串扰电压。同时，目前商业化SiCMOSFET额定耐压值最高为1700V，难以直接应用于中高压充电设备中。为解决上述问题，本文主要研究内容如下:
首先，本文阐述了SiC器件特性及发展过程，并针对SiCMOSFET的应用领域中存在的桥臂串扰与串联分压失衡问题综述其研究现状。
其次，本文分析了SiCMOSFET内部结电容的非线性对开关特性的影响。阐述SiCMOSFET半桥电路串扰产生机理，并建立串扰电压模型，分析栅源极间电容、共源电感等驱动参数对串扰尖峰的影响。同时，基于双管串联半桥电路分析串联SiCMOSFET分压失衡原因，并分析寄生电感对串联SiCMOSFET分压特性的影响。
随后，针对SiCMOSFET桥臂串扰问题，本文提出了一种新型高抗扰驱动电路。所提驱动采用无源元件设计具有反向钳位功能的无源米勒钳位电路并基于RC并联分压结构设计自产生负压电路，实现串扰抑制功能。通过建立所提驱动开关瞬态模型详细分析其工作模态，并对驱动电路进行参数设计。基于LTspice对所提驱动性能进行仿真验证。同时，搭建高抗扰驱动实验平台，对所提驱动性能进行实验验证。
最后，针对串联SiCMOSFET半桥电路中的分压不均问题，本文基于双管串联同步Buck电路对SiCMOSFET串联运行的分压失衡进行建模分析，并设计了应用于串联SiCMOSFET的辅助均压电路。同时，本文将所提辅助均压电路与本文所提高抗扰驱动的串扰抑制电路结合，设计了应用于串联SiCMOSFET半桥电路的辅助均压驱动方案。基于双管串联的同步Buck电路，仿真验证所提辅助均压方案的串扰抑制与均压能力。
首先，本文阐述了SiC器件特性及发展过程，并针对SiCMOSFET的应用领域中存在的桥臂串扰与串联分压失衡问题综述其研究现状。
其次，本文分析了SiCMOSFET内部结电容的非线性对开关特性的影响。阐述SiCMOSFET半桥电路串扰产生机理，并建立串扰电压模型，分析栅源极间电容、共源电感等驱动参数对串扰尖峰的影响。同时，基于双管串联半桥电路分析串联SiCMOSFET分压失衡原因，并分析寄生电感对串联SiCMOSFET分压特性的影响。
随后，针对SiCMOSFET桥臂串扰问题，本文提出了一种新型高抗扰驱动电路。所提驱动采用无源元件设计具有反向钳位功能的无源米勒钳位电路并基于RC并联分压结构设计自产生负压电路，实现串扰抑制功能。通过建立所提驱动开关瞬态模型详细分析其工作模态，并对驱动电路进行参数设计。基于LTspice对所提驱动性能进行仿真验证。同时，搭建高抗扰驱动实验平台，对所提驱动性能进行实验验证。
最后，针对串联SiCMOSFET半桥电路中的分压不均问题，本文基于双管串联同步Buck电路对SiCMOSFET串联运行的分压失衡进行建模分析，并设计了应用于串联SiCMOSFET的辅助均压电路。同时，本文将所提辅助均压电路与本文所提高抗扰驱动的串扰抑制电路结合，设计了应用于串联SiCMOSFET半桥电路的辅助均压驱动方案。基于双管串联的同步Buck电路，仿真验证所提辅助均压方案的串扰抑制与均压能力。