高压大功率SiC固态功率控制器的仿真与设计

发布时间：2020-05-26 17:25

【摘要】：多电/全电飞机是未来航空飞机发展的趋势,其功率等级与智能化要求也越来越高,而SiC固态功率控制器(SSPC)是实现航空飞机大功率、智能化配电的关键模块。本文以某SiC SSPC为对象,研究其电热仿真方法、反时限过流保护技术以及软硬件设计技术,并基于失效物理对SiC SSPC的封装与退化失效进行分析。本文的主要研究内容如下:首先,研究SiC SSPC的电热建模与仿真方法。研究SSPC中主要器件SiC MOSFET的等效电路建模方法,建立MOSFET的MOS模型、体二极管模型以及寄生参数模型;在此基础上,研究SSPC电仿真分析方法,建立SSPC电特性行为模型,分析SSPC开关特性与带载能力;基于大功率的要求,研究SSPC热仿真分析方法,采用热路法和有限元法,进行SSPC的稳态及瞬态热仿真分析,为SSPC热设计提供理论基础。其次,开展SSPC反时限过流保护技术研究。分析确定反时限过流保护曲线及其关键参数,基于I~2t理论及热记忆理论建立反时限过流保护建模。在此基础上,进行表达式离散化,采用FPGA编程实现反时限过流保护算法,并通过在线仿真及实验测试,验证算法的准确性。然后,对SiC SSPC进行软硬件设计。根据技术指标要求,完成SiC SSPC的整体方案设计;进行SSPC硬件电路设计,包括驱动电路、短路保护电路、状态监测电路等;进行SSPC软件程序设计,包括数据处理程序、AD采集处理程序、可视化上位机等;并进行原理样机搭建与实验测试,验证其工作特性是否满足要求。最后,对SiC SSPC功率器件封装失效与退化失效进行分析。研究SiC SSPC键合引线封装失效机理,确定引起键合引线失效的关键部位,并基于电热仿真进行键合引线工艺及布局优化;针对功率器件退化失效问题,分析其退化失效机理,开展多应力退化实验,建立退化模型并完成寿命预测。
【图文】：

iC MOSFET 建模流程 图 2-2 SiC MOSFET 等效电路模型 建模ber 的建模工具 Power MOSFET Tool 对 SiC MOS 部分进行建模，性，必须保证建模所需的数据与数据手册完全一致。其中 Power供了数据拟合工具，只需将型号为 CPM2-1200-0025B 的输入输出特性曲线输入到工具中，，并运用多项式插值法自动拟合与手动拟即可得到与 SiC MOSFET 开关特性相关的重要参数如阈值电压s等。然后将 SiC MOSFET 的电容特性输入到建模工具中，进行容特性参数如米勒电容 Crss等。如图 2-3 所示，为 SiC MOS 建拟合结果。18V16V14V12203040d(A)实测曲线拟合曲线

iC MOSFET 建模流程 图 2-2 SiC MOSFET 等效电路模型 建模ber 的建模工具 Power MOSFET Tool 对 SiC MOS 部分进行建模，性，必须保证建模所需的数据与数据手册完全一致。其中 Power供了数据拟合工具，只需将型号为 CPM2-1200-0025B 的输入输出特性曲线输入到工具中，并运用多项式插值法自动拟合与手动拟即可得到与 SiC MOSFET 开关特性相关的重要参数如阈值电压s等。然后将 SiC MOSFET 的电容特性输入到建模工具中，进行容特性参数如米勒电容 Crss等。如图 2-3 所示，为 SiC MOS 建拟合结果。18V16V14V12203040d(A)实测曲线拟合曲线
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V249.1

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本文编号：2682175