基于碳化硅（SiC）器件的电机控制系统电磁干扰研究

发布时间：2020-07-18 14:11

【摘要】：以碳化硅(SiC)为代表的新型电力电子器件为提高电机驱动系统的效率和功率密度带来了新的机遇,也为包括航空航天、船舶推进在内的交通运载等特种应用提供了新的突破与可能,但是作为应用在复杂电驱系统中的新器件要充分发挥其优势还面临着诸多挑战。碳化硅器件的开关特性有别于硅(Si)器件,对于电机控制系统而言,将改变系统电磁干扰(EMI)源的特性。此外,使用碳化硅器件,有利于电机控制系统开关频率的提高,但高开关频率下系统的电磁干扰问题将更加突出。本文以电机控制系统的电磁干扰问题为研究对象,对此展开了一些工作。本文首先采用模块化的设计方法开发出一套基于SiC器件的电机控制器和一套用于对比的基于Si器件的电机控制器,介绍了碳化硅这种快开关器件门极驱动电路设计的要求和注意事项,为本文研究提供了硬件基础。通过理论分析,本文介绍了电机控制系统电磁干扰的来源以及EMI电流的传导路径;通过数学建模计算,本文阐述了影响EMI频谱各频段的主要因素以及这些因素具体的作用规律。本文还介绍了EMI滤波器的设计方法,在对EMI滤波器进行特性分析时,本文发现寄生参数不仅与电感电容谐振改变EMI滤波器的衰减特性,还给EMI滤波器增加了更多的互感耦合,也会对滤波器的衰减特性产生影响。减小耦合大小后,有利于滤波器性能的改善。为了让电机控制系统的EMI电流达到标准,本文采用了先进调制策略和滤波器两种方法来降低EMI电流幅值。为了兼顾滤波效果和系统的重量、体积,本文将这两种无源和有源的方法结合,并通过实验结果证明了其具有一定的可行性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM301.2
【图文】：

特性对比,控制器

图 1-1 SiC 与 Si 材料的特性对比 TO-247 封装的 SiC 和 Si 器件应用于完全一样的 Buck 变换开关频率，相同的散热条件，测出不同功率下器件的结温如结温允许的条件下，SiC 器件可以做到更大的功率，功率密器件。这种高功率密度的优势使 SiC 器件将来能够在航天到更好的应用。以当下最热的电动汽车为例，汽车紧凑的控制单元（PCU）的空间是有限的，为了给电动机提供足够大的功率，这就对车内 PCU 的功率密度提出了更高的要求， Si 控制器更好的选择。事实上，SiC 控制器已经进入工业系列就配置了全 SiC 模块的控制器，采用了 STMicroelecSFET 控制器，该控制器有 24 个功率模块单元，以铜底板先进的激光焊接技术。未来，随着成本的降低，车载 SiC

器件,结温

图 1-1 SiC 与 Si 材料的特性对比47 封装的 SiC 和 Si 器件应用于完全一样的 Buck频率，相同的散热条件，测出不同功率下器件的结允许的条件下，SiC 器件可以做到更大的功率，功。这种高功率密度的优势使 SiC 器件将来能够在好的应用。以当下最热的电动汽车为例，汽车紧单元（PCU）的空间是有限的，为了给电动机提供功率，这就对车内 PCU 的功率密度提出了更高的要制器更好的选择。事实上，SiC 控制器已经进入就配置了全 SiC 模块的控制器，采用了 STMicroT 控制器，该控制器有 24 个功率模块单元，以铜的激光焊接技术。未来，随着成本的降低，车载

电机控制器,输出电流,控制器,纹波

华中科技大学硕士学位论文将 SiC 和 Si 器件的电机控制器带一个相同的永磁同步电机负载，SiC 控制器用40kHz 开关频率，Si 控制器用 10kHz 开关频率，电机三相电流和电流纹波如图 1-3所示（从上往下分别为 Si 和 SiC 控制器的电流），高频化的 SiC 控制器的电流纹波更小，有利于改善电机的转矩纹波，转矩脉动。

【参考文献】