本文關(guān)鍵詞：基于SiC MOSFET的移相全橋變換器研究及其可靠性分析

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【摘要】：隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展,高功率密度高可靠性的功率變換器的需求越來越迫切。新型寬禁帶碳化硅功率器件由于其更高的耐壓,更低的開關(guān)損耗和更高的可靠性,將會(huì)帶來功率變換器的革新,尤其是在高壓大功率運(yùn)用的場(chǎng)合SiC MOSFET可以取代Si IGBT提高開關(guān)頻率,從而實(shí)現(xiàn)功率變換器的高可靠性和小型化。本文主要是基于SiC MOSFET的功率變換器的相關(guān)研究,目前,大功率變換器的技術(shù)已經(jīng)很成熟,但是使用的開關(guān)管大都是Si IGBT,受IGBT本身構(gòu)造和特性的限制其開關(guān)頻率很難做高,主流的產(chǎn)品都是20kHz左右,所以制造的大功率變換器在體積上都是比較大的。而SiC MOSFET與其相比因?yàn)橛懈〉拈_關(guān)損耗和更快的開關(guān)速度所以能實(shí)現(xiàn)上百kHz的開關(guān)頻率。本文先根據(jù)SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)特性設(shè)計(jì)了合適的驅(qū)動(dòng),滿足了SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)的電平要求和快速性要求。同時(shí)使用雙脈沖測(cè)試了SiC MOSFET的動(dòng)態(tài)性能,雙脈沖的測(cè)試方法較好的還原了器件在實(shí)際運(yùn)用中的動(dòng)態(tài)開關(guān)過程,通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法觀察開關(guān)管開通和關(guān)斷時(shí)候的波形,進(jìn)而選擇合適的驅(qū)動(dòng)參數(shù),減小開通和關(guān)斷過程中的寄生震蕩和開關(guān)損耗。本文基于型號(hào)ACMF10120D的SiC MOSFET研制了一個(gè)2kW100kHz的移相全橋DC-DC變換器,并完成了樣機(jī)的研制,對(duì)比分析了在不同的開關(guān)頻率和功率下的效率,展現(xiàn)了SiC MOSFET高開關(guān)頻率的優(yōu)勢(shì)。為了明確SiC MOSFET低開關(guān)損耗的優(yōu)勢(shì),在該平臺(tái)下用相同功率等級(jí)的的Si IGBT替換SiC MOSFET進(jìn)行了對(duì)比效率分析。最后分析了功率變換器系統(tǒng)的可靠性,針對(duì)并聯(lián)移相全橋變換器建立了一個(gè)可靠性評(píng)估和費(fèi)用優(yōu)化的模型。包括基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的單機(jī)變換器可靠性分析模型和并聯(lián)整機(jī)的費(fèi)用優(yōu)化模型,先通過重要性評(píng)估矩陣,進(jìn)行單機(jī)元件重要度的評(píng)估,再進(jìn)行并聯(lián)整機(jī)的費(fèi)用優(yōu)化,確定基于可靠性和費(fèi)用分析的單機(jī)變換器的最佳數(shù)量。
【關(guān)鍵詞】：移相全橋變換器 SiC MOSFET 可靠性
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM46
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 課題的研究背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 SiC二極管研究發(fā)展11-12
• 1.2.2 SiC MOSFET研究發(fā)展12-13
• 1.2.3 SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)研究發(fā)展13-14
• 1.2.4 SiC MOSFET的應(yīng)用研究發(fā)展14-15
• 1.2.5 可靠性的研究發(fā)展15
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容與章節(jié)安排15-16
• 1.4 本章小結(jié)16-17
• 第二章 SiC MOSFET的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)性能測(cè)試17-36
• 2.1 SiC MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷過程分析17-19
• 2.2 SiC MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)19-25
• 2.2.1 改進(jìn)型脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)19-21
• 2.2.2 芯片集成型驅(qū)動(dòng)21-25
• 2.3 SiC MOSFET的動(dòng)態(tài)性能測(cè)試25-35
• 2.3.1 動(dòng)態(tài)性能測(cè)試原理25-27
• 2.3.2 雙脈沖測(cè)試實(shí)驗(yàn)分析27-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第三章 基于SiC MOSFET的移相全橋變換器設(shè)計(jì)與分析36-54
• 3.1 移相全橋變換器工作原理36-44
• 3.1.1 移相全橋變換器的工作模態(tài)分析36-42
• 3.1.2 移相全橋變換器的ZVS條件42-43
• 3.1.3 移相全橋變換器的占空比丟失43-44
• 3.2 移相全橋變換器功率電路設(shè)計(jì)44-49
• 3.2.1 輸入濾波電路的設(shè)計(jì)44
• 3.2.2 高頻變壓器的設(shè)計(jì)44-47
• 3.2.3 諧振電感的設(shè)計(jì)47
• 3.2.4 隔直電容的選取47-48
• 3.2.5 副邊整流二極管的選取48
• 3.2.6 輸出濾波電感設(shè)計(jì)48-49
• 3.2.7 輸出濾波電容設(shè)計(jì)49
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析49-53
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)波形50-51
• 3.3.2 變換器效率分析51-52
• 3.3.3 Si IGBT與SiC MOSFET對(duì)比分析52-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第四章 移相全橋變換器的可靠性分析54-65
• 4.1 變換器可靠性分析及費(fèi)用建模方法54-55
• 4.2 移相全橋單機(jī)變換器建模55-60
• 4.2.1 網(wǎng)絡(luò)中心性理論55-56
• 4.2.2 重要度評(píng)估模型56-57
• 4.2.3 移相全橋變換器元件的重要度評(píng)估和失效率分配57-60
• 4.3 并聯(lián)移相全橋變換器系統(tǒng)的可靠性分析60-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論與展望65-67
• 1. 所做的工作65-66
• 2. 進(jìn)一步的工作設(shè)想66-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果71-72
• 致謝72-73
• 附件73

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本文編號(hào)：606313