中壓大功率變流器是全電化艦船、新能源發(fā)電和直流電網(wǎng)等國家重點發(fā)展領(lǐng)域的電能轉(zhuǎn)換核心裝備。隨著國家對節(jié)能減排的更高要求,中壓大功率變流器的應(yīng)用前景日益廣闊�；谔蓟杞饘�-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(SiC MOSFET)的中壓大功率變流器具有高效率、高功率密度和輕量化的特點,是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同關(guān)注的研究熱點和焦點之一。然而,囿于碳化硅器件的制造工藝和結(jié)構(gòu),SiC MOSFET的電壓等級和容量等級難以直接滿足中壓大功率變流需求。與高壓單管SiC MOSFET相比,串聯(lián)器件在導(dǎo)通電阻和器件成本等關(guān)鍵指標(biāo)上具有明顯優(yōu)勢。為此,本文開展SiC MOSFET串聯(lián)運行基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究,以實現(xiàn)變流系統(tǒng)的提壓擴(kuò)容,從而推動SiC MOSFET在大功率變流裝備中的應(yīng)用。器件串聯(lián)運行的前提是單管器件的可靠驅(qū)動。為實現(xiàn)單管器件的可靠驅(qū)動,需明晰器件在多非線性參數(shù)、高速切換下的運行機(jī)理,從而指導(dǎo)電路參數(shù)設(shè)計。器件串聯(lián)運行的核心挑戰(zhàn)是器件間的電壓失衡現(xiàn)象。為實現(xiàn)高速切換下串聯(lián)SiC MOSFET的電壓均衡,需突破經(jīng)驗化、粗放式的傳統(tǒng)均壓設(shè)計方法,立足于單個器件的開關(guān)瞬態(tài)尺度運行模型,自下而上地揭示多...

【文章頁數(shù)】：140 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 大功率電力電子裝備現(xiàn)狀及趨勢
        1.1.2 大容量功率器件發(fā)展現(xiàn)狀
    1.2 SiC功率MOSFET串聯(lián)運行優(yōu)勢
        1.2.1 導(dǎo)通電阻
        1.2.2 成本優(yōu)勢
    1.3 功率器件串聯(lián)研究現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)
        1.3.1 IGBT器件串聯(lián)研究現(xiàn)狀
        1.3.2 SiC功率器件研究現(xiàn)狀
        1.3.3 面臨挑戰(zhàn)
    1.4 本文研究內(nèi)容
        1.4.1 計及非線性參數(shù)的大容量SiC MOSFET開關(guān)切換解析模型
        1.4.2 SiC MOSFET高速驅(qū)動門極串?dāng)_電壓建模及抑制方法
        1.4.3 串聯(lián)器件電壓失衡機(jī)理分析及抑制方法研究
        1.4.4 基于串聯(lián)器件的10kV/200A功率模組性能評估分析
第2章 SiC MOSFET開關(guān)解析模型
    2.1 高速切換過程的非理想?yún)?shù)及其建模處理
    2.2 SiC MOSFET開關(guān)切換行為模型
        2.2.1 開通過程建模
        2.2.2 關(guān)斷過程建模
        2.2.3 開關(guān)損耗計算
    2.3 模型對比及實驗驗證
        2.3.1 雙脈沖實驗平臺參數(shù)
        2.3.2 提出模型與線性模型對比結(jié)果
        2.3.3 不同工況下開通波形驗證
        2.3.4 不同工況下關(guān)斷波形驗證
        2.3.5 開關(guān)損耗驗證
    2.4 本章小結(jié)
第3章 SiC MOSFET串?dāng)_電壓抑制方法
    3.1 SiC MOSFET驅(qū)動串?dāng)_電壓建模
    3.2 含共源極電感器件的串?dāng)_電壓抑制方法
        3.2.1 基于高關(guān)斷阻抗的串?dāng)_電壓抑制方法
        3.2.2 驅(qū)動負(fù)壓電平設(shè)計
    3.3 共源極電感可忽略器件串?dāng)_電壓抑制方法
    3.4 仿真和實驗驗證
        3.4.1 解析模型仿真驗證
        3.4.2 有共源極電感的串?dāng)_電壓抑制方法驗證及與傳統(tǒng)方法對比
        3.4.3 共源極電感可忽略的器件串?dāng)_電壓抑制方法實驗結(jié)果
    3.5 本章小結(jié)
第4章 SiC MOSFET串聯(lián)電壓失衡機(jī)理與均壓技術(shù)
    4.1 SiC MOSFET串聯(lián)運行電壓失衡機(jī)理分析
        4.1.1 器件串聯(lián)電壓失衡分類
        4.1.2 器件串聯(lián)電壓失衡建模
        4.1.3 器件串聯(lián)電壓失衡影響因素及均壓思路
    4.2 緩沖電容Csnub設(shè)計方法
    4.3 基于耦合電感的驅(qū)動信號幅值控制均壓方法
        4.3.1 原理分析
        4.3.2 參數(shù)設(shè)計
        4.3.3 耦合電感布局
    4.4 驅(qū)動信號延遲均壓方法
    4.5 仿真及實驗驗證
        4.5.1 電壓失衡模型驗證
        4.5.2 電壓失衡影響因素實驗結(jié)果
        4.5.3 耦合電感均壓方法實驗結(jié)果
        4.5.4 驅(qū)動信號主動延遲實驗結(jié)果
    4.6 本章小結(jié)
第5章 10k V/200A SiC功率模組性能評估
    5.1 10k V/200A SiC功率模組模塊設(shè)計
    5.2 模塊開關(guān)波形測試
        5.2.1 開關(guān)波形
        5.2.2 開關(guān)損耗
        5.2.3 溫度特性
        5.2.4 均壓效果
    5.3 模組用于兆瓦級風(fēng)機(jī)變流器損耗計算實例
        5.3.1 系統(tǒng)架構(gòu)
        5.3.2 損耗計算流程
        5.3.3 功率器件損耗計算結(jié)果
    5.4 橋臂對拖實驗驗證
        5.4.1 大功率對拖平臺
        5.4.2 全功率運行實驗結(jié)果
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 論文工作總結(jié)
    6.2 今后工作展望
參考文獻(xiàn)
主要公式符號對照表
附錄
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文和申請的專利



本文編號：3764097