SiC MOSFET在加速器电源中的应用

发布时间：2021-04-12 17:17

　　强流重离子加速器装置（High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility,HIAF）是由中国科学院近代物理研究所提出的“十二五”国家重大科学工程项目之一。加速器装置的束流质量与加速器电源性能密不可分,电流稳定度、低电流纹波、高效率等指标都将直接影响磁铁磁场的各项指标,进而影响加速器束流的性能指标。功率开关器件作为电源的核心器件之一,在电源输出性能方面起到较大的影响作用。与硅（Silicon,Si）功率开关器件相比,第三代半导体开关器件碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Silicon Carbide Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,SiC MOSFET）具有更高的禁带宽度、更高的临界击穿场强、更小的电阻率以及更快的电子饱和漂移速度,能够更好地适应高温、高压、高频率条件下的工作。设计功率等级相同的开关电源,采用SiC MOSFET开关器件能让电源工作在更高的开关频率。开关频率的提升,不仅能够有效地减小电路中变压器与滤波电容电感的体积,提高功率密度,还能减小输出电流纹波,提高电源... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

SIC1182K驱动芯片图

第2章SiCMOSFET驱动电路13芯片提供更强的电气隔离，具有9.5mm的爬电距离和间隙，将控制与输出部分完全隔离。芯片峰值电流输出为±8A，能够驱动额定电流值高达600A的功率器件，最高可达150kHz的开关频率能够满足SiCMOSFET的高频工作需求。芯片引脚结构图如图2.1所示，结构示意框图如图2.2所示。图2.1SIC1182K驱动芯片图Figure2.1SIC1182Kdriverchipdiagram图2.2驱动芯片图结构示意图Figure2.2Schematicdiagramofdriverchipstructure图中各引脚的功能简要描述如表2.2所示：表2.2驱动芯片引脚说明Table2.2Descriptionofdriverchippins引脚名（序号）引脚类别功能VCC引脚（1）GND引脚（3-6）IN引脚（7）连接一次侧电源连接一次侧的地逻辑控制信号输入引脚供电于驱动芯片提供一次侧地参考电位接收PWM控制信号

第2章SiCMOSFET驱动电路15图2.3驱动电路原理图Figure2.3Schematicofthedrivercircuit驱动电路核心控制部分由一块高度集成的SIC1182K驱动芯片构成。采用分立元件搭建的SiCMOSFET驱动电路可靠性较低，抗干扰能力较差，不易达成较高的开关频率。与使用分立元件搭建的驱动电路相比，该驱动电路可以排布在更小的PCB（PrintedCircuitBoard）板块上，有着更加合理的线路结构，且驱动电路中参数一致性好，相对能耗孝故障率低。并且仅需使用单台单极性20V电源，驱动电路便可输出+15V和-5V的栅极驱动电压，不需要引入其他电路结构或者使用多台电源。该驱动电路的-5V关断电压，能够保证SiCMOSFET快速关断，同时避免同桥臂开关器件通断所带来的串扰问题。2.3.2驱动电路电源驱动电路需要两个电源供电，芯片引脚如图2.4所示。其一为一次侧的5V供电电源VCC，该电源以GND引脚为参考电位，用以驱动芯片的逻辑判断处理以及与二次侧的通信；其二为二次侧的20V单极性电源VTOT，该电源连接于VISO和COM之间。驱动电路对电源有欠压监控保护，当电源VCC的电压值小于4.15V或者电源VTOT的电压值小于12.35V时，驱动芯片会控制驱动电路停止工作，直到电源VCC与电源VTOT的电压值分别恢复到4.3V与12.85V以上，驱动电路重新工作。


本文编号：3133672