寬禁帶碳化硅（SiC）功率器件憑借其高頻、高溫、高功率密度等優(yōu)良特性,在新能源發(fā)電領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景,為新能源系統(tǒng)的高效率、高功率密度和高可靠運(yùn)行提供了新的發(fā)展契機(jī)。SiC MOSFET的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試為變流器的器件選型、驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、電氣應(yīng)力評(píng)估和損耗水平預(yù)測(cè)提供了重要依據(jù),而變流器損耗模型的搭建及其散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則奠定了變流器的長(zhǎng)期高可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。本文針對(duì)SiC MOSFET中壓模組設(shè)計(jì)需求,設(shè)計(jì)SiC MOSFET中壓測(cè)試平臺(tái),對(duì)SiC MOSFET進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性測(cè)試,并基于此建立其損耗模型進(jìn)行散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。在SiC MOSFET動(dòng)態(tài)特性測(cè)試方面,本文針對(duì)SiC中壓模組高電壓大功率的測(cè)試需求,設(shè)計(jì)了 10kV等級(jí)的大容量SiC MOSFET動(dòng)態(tài)特性測(cè)試平臺(tái),該平臺(tái)兼容單管動(dòng)態(tài)測(cè)試和多管串聯(lián)測(cè)試,具備寬范圍電壓電流等級(jí)的全自動(dòng)遍歷測(cè)試功能。軟件系統(tǒng)以LabVIEW和Matlab為控制核心,采用事件觸發(fā)器-有限狀態(tài)機(jī)構(gòu)成生產(chǎn)者-消費(fèi)者的雙層結(jié)構(gòu),對(duì)底層硬件平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和保護(hù),實(shí)現(xiàn)SiC MOSFET模塊在復(fù)雜運(yùn)行條件下的遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)采集和計(jì)算。本文基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)SiC動(dòng)... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１世界不同地區(qū)能源需求增長(zhǎng)預(yù)測(cè)??能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)和化石能源的不可再生及其造成的環(huán)境問(wèn)題，推動(dòng)世界??

１．２課題的研究現(xiàn)狀與分析??１．２．１?ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ及其測(cè)量技術(shù)研究現(xiàn)狀??圖１．２顯示了?ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ的典型結(jié)構(gòu)及其在第一象限中的輸出特性。在??ＭＯＳ界面中，當(dāng)門極電壓從負(fù)電壓逐步升高為正電壓的過(guò)程中，半導(dǎo)體界面分別??經(jīng)歷累積狀態(tài)－耗盡狀態(tài)－弱反型－強(qiáng)反型等狀態(tài)，最終在Ｐ型基區(qū)形成ＭＯＳ溝道，??其電阻與門極電壓有關(guān)。當(dāng)漏－源電壓逐漸增加時(shí)，其溝道最終進(jìn)入夾斷狀態(tài)，并??且ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ進(jìn)入飽和區(qū)。其工作于第一象限時(shí)，只有多子參與導(dǎo)電，為單極??性器件，工作于第三象限時(shí)，由于體二極管的存在，其為雙極性器件，但由于ＳｉＣ??飽和電子遷移率較高，反向恢復(fù)電荷掃出速度較快，反向恢復(fù)損耗較小。作為新??一代半導(dǎo)體器件，國(guó)際上在其結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化工作持續(xù)進(jìn)行。??源極ｓ??ＶＡ??ｎｔ５Ｇ?＿?ｈｄＡ）?Ｖｃｓ?ｔ???ｆ?二?Ｚ１－�。�???＾盡層／?卜?１??Ｎ：?＿?＾?＼??ｎ?Ｐ?＿?■?—？??漏極Ｄ?°?＾＜Ｖ）??圖１．２?ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ典型結(jié)構(gòu)示意圖及其輸出特性曲線??為了更好地使用ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ器件

其測(cè)量設(shè)備提出了很高的要求。文獻(xiàn)［３０］對(duì)比了多種電壓電流測(cè)量設(shè)備對(duì)測(cè)量精??度的影響，對(duì)電壓測(cè)量設(shè)備提出了高帶寬和小接地環(huán)路的要求，并給出了電流測(cè)??量設(shè)備的選擇意見(jiàn)，如圖１．３（ａ）所示。丹麥奧爾堡大學(xué)研究［３１］指出ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ??高精度電流測(cè)量需要具備高帶寬、小尺寸和電流隔離三個(gè)基本要求，并在此基礎(chǔ)??上利用互感原理制作了一款高精度電流測(cè)量設(shè)備，圖１．３（ｂ）振蕩較小的紅色曲線??為其測(cè)量結(jié)果，結(jié)果表明，在ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ的電流測(cè)量中，測(cè)量電路對(duì)測(cè)量結(jié)果??有很大影響。??（ａ）電壓探頭測(cè)量環(huán)路?（ｂ）不同電流設(shè)備測(cè)量結(jié)果對(duì)比??圖１．３測(cè)量環(huán)路以及電流測(cè)量設(shè)備對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響??從國(guó)內(nèi)外對(duì)測(cè)量精度的改進(jìn)可以看出，ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ與傳統(tǒng)Ｓｉ?ＩＧＢＴ測(cè)量相??比，前者對(duì)測(cè)量設(shè)備在帶寬和測(cè)量回路等方面要求更高。這是因?yàn)椴ㄐ蔚膸捙c??其上升沿和下降沿時(shí)間成反比［３２】，ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ雖然電子遷移率小于Ｓｉ?ＩＧＢＴ，??但前者具有更小的介電常數(shù)和更高的飽和電子遷移率，導(dǎo)致其開(kāi)關(guān)速度更快，因??此電壓電流的變化斜率較大

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]SiC功率二極管的結(jié)構(gòu)與電特性分析研究[D]. 盧忠花.山東大學(xué) 2016
[2]SiC MOSFET的損耗分析和基于半橋逆變器的應(yīng)用研究[D]. 劉璐.浙江大學(xué) 2016
[3]寬禁帶功率半導(dǎo)體器件損耗研究[D]. 張寧.浙江大學(xué) 2016
[4]大功率IGBT模塊開(kāi)關(guān)特性測(cè)試平臺(tái)研制及其應(yīng)用[D]. 孫鵬飛.浙江大學(xué) 2015
[5]高壓大電流碳化硅MOSFET串并聯(lián)模塊[D]. 程士東.浙江大學(xué) 2014
[6]碳化硅JFET器件的逆向?qū)☉?yīng)用的研究[D]. 蔡超峰.浙江大學(xué) 2013
[7]碳化硅MOSFET應(yīng)用技術(shù)研究[D]. 陸玨晶.南京航空航天大學(xué) 2013
[8]雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)并聯(lián)變流器環(huán)流控制研究[D]. 熊山.湖南大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3342230