【摘 要】
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电动汽车的发展对电机控制器的小型化、轻量化和高能效提出了更高的要求。以SiC MOSFET为代表的宽禁带器件超越了传统硅基功率器件在电压等级、开关频率与工作温度上的极限,
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电动汽车的发展对电机控制器的小型化、轻量化和高能效提出了更高的要求。以SiC MOSFET为代表的宽禁带器件超越了传统硅基功率器件在电压等级、开关频率与工作温度上的极限,可降低电机控制器的体积、重量和成本,提高系统效率,在电动汽车应用中具有明显优势。驱动电路影响着电机控制器的性能与可靠性,驱动技术研究对SiC MOSFET在电动汽车中的应用有着重要意义。本文分析了SiC MOSFET的器件特性,研究了SiC MOSFET在高频应用中的主回路振荡与驱动回路振荡产生机理。针对CREE 1200V/300A半桥模块,搭建了包含寄生参数LTSPICE仿真电路,并通过理论分析和仿真研究了驱动参数对SiC MOSFET开关瞬态的影响。根据电动汽车逆变器驱动电路的要求,设计了60kW碳化硅逆变器的驱动电路,其具有信号隔离、缓冲放大、有源钳位、栅极钳位及两级过流保护功能,并针对减小驱动回路寄生电感,提出了驱动回路低阻抗路径的布局方案。制作了驱动板并搭建了实验样机,通过双脉冲实验测试了SiC MOSFET的开关性能并选择了最优的驱动电阻与栅极电容。通过过流保护实验验证了本文设计的过流保护电路可以正常动作,过流点与设计值接近。通过电机台架试验对逆变器进行了功率测试和桥臂串扰测试,结果表明串扰电压在安全范围内,本文所设计的的驱动电路能有效保障逆变器的安全可靠运行。传统驱动电路使用固定驱动参数,无法有效利用SiC MOSFET高速开关的优点,为此本文提出了一种新型主动驱动电路,其通过di/dt检测电路与分流电路对电流上升与下降时间进行控制,在相同电应力条件下降低了开关延时与损耗。此外,本文还研究了基于主动驱动电路的结温控制策略,基于SiC MOSFET的损耗模型,通过改变驱动电压与驱动电阻对导通损耗与开关损耗进行控制,以降低负载变化造成的结温波动。建立LTSPICE模型进行了仿真分析,结果表明使用结温平滑控制后可显著降低SiC MOSFET的结温波动,提高了逆变器的功率循环次数。
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