SiC MOSFET功率模块中压测试平台研制及其应用
发布时间：2021-08-14 09:41
宽禁带碳化硅（SiC）功率器件凭借其高频、高温、高功率密度等优良特性,在新能源发电领域有巨大的应用前景,为新能源系统的高效率、高功率密度和高可靠运行提供了新的发展契机。SiC MOSFET的动态特性测试为变流器的器件选型、驱动设计、电气应力评估和损耗水平预测提供了重要依据,而变流器损耗模型的搭建及其散热系统的设计则奠定了变流器的长期高可靠运行的基础。本文针对SiC MOSFET中压模组设计需求,设计SiC MOSFET中压测试平台,对SiC MOSFET进行动态特性测试,并基于此建立其损耗模型进行散热系统的设计和优化。在SiC MOSFET动态特性测试方面,本文针对SiC中压模组高电压大功率的测试需求,设计了 10kV等级的大容量SiC MOSFET动态特性测试平台,该平台兼容单管动态测试和多管串联测试,具备宽范围电压电流等级的全自动遍历测试功能。软件系统以LabVIEW和Matlab为控制核心,采用事件触发器-有限状态机构成生产者-消费者的双层结构,对底层硬件平台进行实时控制和保护,实现SiC MOSFET模块在复杂运行条件下的远程自动测试、数据采集和计算。本文基于实验平台对SiC动...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１世界不同地区能源需求增长预测??能源需求的持续增长和化石能源的不可再生及其造成的环境问題，推动世界??
１．２课题的研究现状与分析??１．２．１?ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ及其测量技术研究现状??图１．２显示了?ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ的典型结构及其在第一象限中的输出特性。在??ＭＯＳ界面中，当门极电压从负电压逐步升高为正电压的过程中，半导体界面分别??经历累积状态－耗尽状态－弱反型－强反型等状态，最终在Ｐ型基区形成ＭＯＳ沟道，??其电阻与门极电压有关。当漏－源电压逐渐增加时，其沟道最终进入夹断状态，并??且ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ进入饱和区。其工作于第一象限时，只有多子参与导电，为单极??性器件，工作于第三象限时，由于体二极管的存在，其为双极性器件，但由于ＳｉＣ??饱和电子迁移率较高，反向恢复电荷扫出速度较快，反向恢复损耗较小。作为新??一代半导体器件，国际上在其结构上的优化工作持续进行。??源极ｓ??ＶＡ??ｎｔ５Ｇ?＿?ｈｄＡ）?Ｖｃｓ?ｔ???ｆ?二?Ｚ１－！－???＾尽层／?卜?１??Ｎ：?＿?＾?＼??ｎ?Ｐ?＿?■?—？??漏极Ｄ?°?＾＜Ｖ）??图１．２?ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ典型结构示意图及其输出特性曲线??为了更好地使用ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ器件
其测量设备提出了很高的要求。文献［３０］对比了多种电压电流测量设备对测量精??度的影响，对电压测量设备提出了高带宽和小接地环路的要求，并给出了电流测??量设备的选择意见，如图１．３（ａ）所示。丹麦奥尔堡大学研究［３１］指出ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ??高精度电流测量需要具备高带宽、小尺寸和电流隔离三个基本要求，并在此基础??上利用互感原理制作了一款高精度电流测量设备，图１．３（ｂ）振荡较小的红色曲线??为其测量结果，结果表明，在ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ的电流测量中，测量电路对测量结果??有很大影响。??（ａ）电压探头测量环路?（ｂ）不同电流设备测量结果对比??图１．３测量环路以及电流测量设备对测量结果的影响??从国内外对测量精度的改进可以看出，ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ与传统Ｓｉ?ＩＧＢＴ测量相??比，前者对测量设备在带宽和测量回路等方面要求更高。这是因为波形的带宽与??其上升沿和下降沿时间成反比［３２】，ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ虽然电子迁移率小于Ｓｉ?ＩＧＢＴ，??但前者具有更小的介电常数和更高的饱和电子迁移率，导致其开关速度更快，因??此电压电流的变化斜率较大
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC MOSFET开关损耗模型[J]. 董泽政,吴新科,盛况. 电力电子技术. 2018(08)
[2]一种抑制SiC MOSFET桥臂串扰的改进门极驱动设计[J]. 李辉,黄樟坚,廖兴林,钟懿,王坤. 电工技术学报. 2019(02)
[3]压接式IGBT模块的开关特性测试与分析[J]. 常垚,周宇,罗皓泽,李武华,何湘宁,张朝山. 电源学报. 2017(06)
[4]SiC MOSFET静态性能及参数温度依赖性的实验分析及与Si IGBT的对比[J]. 马青,冉立,胡博容,曾正,刘清阳. 电源学报. 2016(06)
[5]1200V碳化硅MOSFET与硅IGBT器件特性对比性研究[J]. 李磊,宁圃奇,温旭辉,张栋. 电源学报. 2016(04)
[6]共源极电感对SiC MOSFET开关损耗影响的研究[J]. 董泽政,吴新科,盛况,张军明. 电源学报. 2016(04)
[7]基于SiC MOSFET户用光伏逆变器的效率分析[J]. 胡光铖,陈敏,陈烨楠,习江北,徐德鸿. 电源学报. 2014(06)
[8]电力电子器件及其应用的现状和发展[J]. 钱照明,张军明,盛况. 中国电机工程学报. 2014(29)
[9]MW级光伏逆变器主回路寄生参数的影响与抑制[J]. 苗亚,周辉,翟志华,田雷. 电力电子技术. 2013(09)
[10]碳化硅电力电子器件在电力系统的应用展望[J]. 盛况,郭清,张军明,钱照明. 中国电机工程学报. 2012(30)
博士论文
[1]新型碳化硅功率二极管的研究[D]. 任娜.浙江大学 2015
[2]基于动态热敏电参数法的大容量IGBT模块结温在线提取原理和方法研究[D]. 罗皓泽.浙江大学 2015
[3]中高压功率IGBT模块开关特性测试及建模[D]. 陈娜.浙江大学 2012
硕士论文
[1]SiC功率二极管的结构与电特性分析研究[D]. 卢忠花.山东大学 2016
[2]SiC MOSFET的损耗分析和基于半桥逆变器的应用研究[D]. 刘璐.浙江大学 2016
[3]宽禁带功率半导体器件损耗研究[D]. 张宁.浙江大学 2016
[4]大功率IGBT模块开关特性测试平台研制及其应用[D]. 孙鹏飞.浙江大学 2015
[5]高压大电流碳化硅MOSFET串并联模块[D]. 程士东.浙江大学 2014
[6]碳化硅JFET器件的逆向导通应用的研究[D]. 蔡超峰.浙江大学 2013
[7]碳化硅MOSFET应用技术研究[D]. 陆珏晶.南京航空航天大学 2013
[8]双馈风力发电系统网侧并联变流器环流控制研究[D]. 熊山.湖南大学 2011
本文编号：3342230
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１世界不同地区能源需求增长预测??能源需求的持续增长和化石能源的不可再生及其造成的环境问題，推动世界??
１．２课题的研究现状与分析??１．２．１?ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ及其测量技术研究现状??图１．２显示了?ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ的典型结构及其在第一象限中的输出特性。在??ＭＯＳ界面中，当门极电压从负电压逐步升高为正电压的过程中，半导体界面分别??经历累积状态－耗尽状态－弱反型－强反型等状态，最终在Ｐ型基区形成ＭＯＳ沟道，??其电阻与门极电压有关。当漏－源电压逐渐增加时，其沟道最终进入夹断状态，并??且ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ进入饱和区。其工作于第一象限时，只有多子参与导电，为单极??性器件，工作于第三象限时，由于体二极管的存在，其为双极性器件，但由于ＳｉＣ??饱和电子迁移率较高，反向恢复电荷扫出速度较快，反向恢复损耗较小。作为新??一代半导体器件，国际上在其结构上的优化工作持续进行。??源极ｓ??ＶＡ??ｎｔ５Ｇ?＿?ｈｄＡ）?Ｖｃｓ?ｔ???ｆ?二?Ｚ１－！－???＾尽层／?卜?１??Ｎ：?＿?＾?＼??ｎ?Ｐ?＿?■?—？??漏极Ｄ?°?＾＜Ｖ）??图１．２?ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ典型结构示意图及其输出特性曲线??为了更好地使用ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ器件
其测量设备提出了很高的要求。文献［３０］对比了多种电压电流测量设备对测量精??度的影响，对电压测量设备提出了高带宽和小接地环路的要求，并给出了电流测??量设备的选择意见，如图１．３（ａ）所示。丹麦奥尔堡大学研究［３１］指出ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ??高精度电流测量需要具备高带宽、小尺寸和电流隔离三个基本要求，并在此基础??上利用互感原理制作了一款高精度电流测量设备，图１．３（ｂ）振荡较小的红色曲线??为其测量结果，结果表明，在ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ的电流测量中，测量电路对测量结果??有很大影响。??（ａ）电压探头测量环路?（ｂ）不同电流设备测量结果对比??图１．３测量环路以及电流测量设备对测量结果的影响??从国内外对测量精度的改进可以看出，ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ与传统Ｓｉ?ＩＧＢＴ测量相??比，前者对测量设备在带宽和测量回路等方面要求更高。这是因为波形的带宽与??其上升沿和下降沿时间成反比［３２】，ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ虽然电子迁移率小于Ｓｉ?ＩＧＢＴ，??但前者具有更小的介电常数和更高的饱和电子迁移率，导致其开关速度更快，因??此电压电流的变化斜率较大
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC MOSFET开关损耗模型[J]. 董泽政,吴新科,盛况. 电力电子技术. 2018(08)
[2]一种抑制SiC MOSFET桥臂串扰的改进门极驱动设计[J]. 李辉,黄樟坚,廖兴林,钟懿,王坤. 电工技术学报. 2019(02)
[3]压接式IGBT模块的开关特性测试与分析[J]. 常垚,周宇,罗皓泽,李武华,何湘宁,张朝山. 电源学报. 2017(06)
[4]SiC MOSFET静态性能及参数温度依赖性的实验分析及与Si IGBT的对比[J]. 马青,冉立,胡博容,曾正,刘清阳. 电源学报. 2016(06)
[5]1200V碳化硅MOSFET与硅IGBT器件特性对比性研究[J]. 李磊,宁圃奇,温旭辉,张栋. 电源学报. 2016(04)
[6]共源极电感对SiC MOSFET开关损耗影响的研究[J]. 董泽政,吴新科,盛况,张军明. 电源学报. 2016(04)
[7]基于SiC MOSFET户用光伏逆变器的效率分析[J]. 胡光铖,陈敏,陈烨楠,习江北,徐德鸿. 电源学报. 2014(06)
[8]电力电子器件及其应用的现状和发展[J]. 钱照明,张军明,盛况. 中国电机工程学报. 2014(29)
[9]MW级光伏逆变器主回路寄生参数的影响与抑制[J]. 苗亚,周辉,翟志华,田雷. 电力电子技术. 2013(09)
[10]碳化硅电力电子器件在电力系统的应用展望[J]. 盛况,郭清,张军明,钱照明. 中国电机工程学报. 2012(30)
博士论文
[1]新型碳化硅功率二极管的研究[D]. 任娜.浙江大学 2015
[2]基于动态热敏电参数法的大容量IGBT模块结温在线提取原理和方法研究[D]. 罗皓泽.浙江大学 2015
[3]中高压功率IGBT模块开关特性测试及建模[D]. 陈娜.浙江大学 2012
硕士论文
[1]SiC功率二极管的结构与电特性分析研究[D]. 卢忠花.山东大学 2016
[2]SiC MOSFET的损耗分析和基于半桥逆变器的应用研究[D]. 刘璐.浙江大学 2016
[3]宽禁带功率半导体器件损耗研究[D]. 张宁.浙江大学 2016
[4]大功率IGBT模块开关特性测试平台研制及其应用[D]. 孙鹏飞.浙江大学 2015
[5]高压大电流碳化硅MOSFET串并联模块[D]. 程士东.浙江大学 2014
[6]碳化硅JFET器件的逆向导通应用的研究[D]. 蔡超峰.浙江大学 2013
[7]碳化硅MOSFET应用技术研究[D]. 陆珏晶.南京航空航天大学 2013
[8]双馈风力发电系统网侧并联变流器环流控制研究[D]. 熊山.湖南大学 2011
本文编号：3342230
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