SiC功率器件特性及其在Buck变换器中的应用研究

发布时间：2024-07-07 02:43

　　航空航天、电动汽车和新能源发电技术的飞速发展使得对电力电子装置的性能指标要求日益提高，而电力电子器件对整个装置的性能指标具有决定性的影响。与传统基于硅半导体材料的功率器件相比，新兴碳化硅功率器件具有开关速度快、阻断电压高和耐高温工作能力强等优点，更能满足未来电力电子技术的发展要求。随着碳化硅功率器件制造技术的不断发展和成熟，其应用研究受到研究人员越来越多的关注。 与硅半导体相比，碳化硅半导体的材料特性存在较大差异，因而碳化硅功率器件不能简单理解为高压硅功率器件，二者的电气特性有显著不同。为保证碳化硅功率器件的正确使用并充分发挥其特性优势，使得基于碳化硅功率器件的变换器系统能够获得更优的性能，需要对碳化硅功率器件的电气特性和参数，尤其是开关特性进行深入分析和研究。本文详细分析了碳化硅肖特基二极管和MOSFET的动、静态特性，重点讨论了其与相应硅功率器件的差异，指出特性差异可能带来的实际应用问题。同时完成了通态电阻测试电路和双脉冲动态特性测试电路的样机设计与制作，实验测试与对比了碳化硅功率器件的主要特性与参数。 桥臂结构电路中一个开关管快速开关瞬态产生的高电压变化率（dv/dt）会影响其互...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
目录
图表清单
注释表
缩略词
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 功率器件对变换器性能的影响
        1.1.2 SiC 半导体及其器件概述
    1.2 SiC 功率器件的发展与应用研究现状
        1.2.1 SiC 功率器件的发展及水平
        1.2.2 SiC 功率器件的应用研究现状
    1.3 SiC 功率器件的应用研究问题
        1.3.1 SiC 功率器件的特性分析与研究
        1.3.2 SiC MOSFET 桥臂电路高频串扰抑制
    1.4 本文的内容安排
第二章 SiC 功率器件的特性与参数分析
    2.1 SiC 肖特基二极管的特性与参数
        2.1.1 通态特性及其参数
        2.1.2 阻态特性及其参数
        2.1.3 开通过程及其参数
        2.1.4 关断过程及其参数
    2.2 SiC MOSFET 的特性与参数
        2.2.1 通态特性及其参数
        2.2.2 阻态特性及其参数
        2.2.3 开关特性及其参数
        2.2.4 栅极驱动特性及其参数
    2.3 器件特性实验结果与分析
        2.3.1 SiC MOSFET 通态电阻测试
        2.3.2 双脉冲测试电路及主要参数
        2.3.3 SiC 肖特基二极管开关特性测试
        2.3.4 SiC MOSFET 开关特性测试
    2.4 本章小结
第三章 SiC MOSFET 桥臂电路高频串扰及其抑制方法
    3.1 SiC MOSFET 的高频化关键问题
        3.1.1 寄生参数的影响
        3.1.2 桥臂电路高频串扰原理分析
        3.1.3 SiC MOSFET 串扰问题的特殊性
    3.2 桥臂电路高频串扰的常用抑制方法
        3.2.1 无源抑制方法
        3.2.2 有源抑制方法
    3.3 串扰抑制措施实验结果与分析
        3.3.1 常用串扰抑制措施实验结果与分析
        3.3.2 有源密勒箝位驱动电路的优化设计
    3.4 本章小结
第四章 基于 Si/SiC 功率器件的 Buck 变换器性能对比
    4.1 主要技术参数
    4.2 功率器件的损耗分析与对比
        4.2.1 Si/SiC 二极管的损耗分析与对比
        4.2.2 Si/SiC MOSFET 的损耗分析与对比
        4.2.3 Buck 变换器实验结果与分析
    4.3 Si/SiC 基 Buck 变换器无源器件体积/重量对比
        4.3.1 Si/SiC 基 Buck 变换器的开关频率对比
        4.3.2 输出滤波电感电容的体积/重量对比
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文工作总结
    5.2 后续工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：4003029