论文部分内容阅读
电力电子变换器在工业设备、航空航天、家用电器及电动汽车等众多领域有着普遍的应用,伴随应用场合的复杂程度和性能要求的提高,对于电力电子变换器的效率、功率密度、可靠性和工作温度范围也提出了更高的要求。由碳化硅材料制成的碳化硅功率器件具有更高的工作频率、阻断电压和工作温度承受能力,同时又具有更低的开关损耗和通态电阻,但因受到SiC晶圆生长和制造工艺的限制,现有商用碳化硅功率器件的电流定额与Si IGBT相比有较大差距且成本较高,SiC MOSFET和Si IGBT在伏安特性和开关特性上存在一些互补关系,可以在实际变换中配合使用,以提高变换器效率。因此,本文围绕基于SiC/Si混合并联器件的全桥变换器进行研究。首先,从SiC MOSFET和Si IGBT器件的特性对比入手,分析了SiC MOSFET器件与传统高压Si IGBT器件的区别,通过实验测试了不同工作条件下两种器件的输出特性和开关特性,分析了工作条件等因素对器件特性的影响。其次,结合SiC MOSFET和Si IGBT的器件特性,提出了适用于混合并联器件的三种开关模式,并对混合并联器件的导通工作状态进行了稳态建模;分析了SiC MOSFET和Si IGBT器件寄生电容、Si IGBT器件关断过程中的残余载流子对混合并联器件开关过程的影响,介绍了混合并联器件的详细开关过程;对混合并联器件的输出特性、开关特性进行了实验测试,研究了优化的混合并联器件开关模式中,延时时间、负载电流、驱动电阻等因素对混合并联器件开关特性的影响,并与单个硅、碳化硅器件的开关能量进行了对比。最后,本文研制了基于SiC/Si混合并联器件的2kW全桥变换器样机,对主要工作点的电压、电流波形进行了测试和分析,同时与基于Si IGBT的变换器效率进行了对比,实验验证了混合并联器件的性能优势。