隨著以碳化硅(Silicon Carbide,SiC)金屬-氧化物半導體場效應晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)為代表的新型寬禁帶功率半導體器件的成熟應用,為電機驅動系統(tǒng)的效率、功率密度等關鍵性能獲得數(shù)量級提高提供了可能�；谛滦桶雽w器件的電機驅動系統(tǒng)在航空航天、軌道交通以及新能源汽車等諸多領域得到了廣泛關注并快速應用。相對于傳統(tǒng)硅基MOSFET,SiC MOSFET具有更快的開關速率、更低的開關損耗和更高的開關頻率。這些特性給電機驅動系統(tǒng)帶來了諸多優(yōu)勢。然而,SiC MOSFET過快的開關速率會引發(fā)開關過程中出現(xiàn)較大的過電壓、過電流以及明顯的電壓、電流振蕩,也加劇了電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)強度;另一方面,電機內部復雜的阻抗網(wǎng)絡為高頻諧波分量提供了有效的傳播路徑,所產(chǎn)生的電磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)問題,增加了系統(tǒng)可靠性設計的難度。本文通過理論分析、建模、仿真及實驗的方法,研究了SiC MOSFE...

【文章頁數(shù)】：161 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究工作的背景與意義
    1.2 本論文的研究思路
    1.3 國內外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 SiC MOSFET開關波形的測量方法
        1.3.2 SiC MOSFET開關過程的建模
        1.3.3 SiC MOSFET高頻開關振蕩的抑制
        1.3.4 電機高頻等效電路模型
        1.3.5 電機驅動系統(tǒng)中的EMI
    1.4 本文的主要貢獻與創(chuàng)新
    1.5 本論文的結構安排
第二章 基于電流互感器的SiC MOSFET漏極電流測量方法
    2.1 電流互感器的測量原理
    2.2 電流互感器的等效電路模型
        2.2.1 電流互感器的低頻等效電路模型
        2.2.2 電流互感器的高頻等效電路模型
    2.3 電流互感器的設計與實現(xiàn)
        2.3.1 勵磁電感及鐵芯損耗電阻參數(shù)的確定
        2.3.2 漏磁電感、繞組等效電阻、寄生電容參數(shù)的確定
        2.3.3 電流互感器的測量帶寬的確定
        2.3.4 鐵芯飽和電流的確定
    2.4 實驗驗證
        2.4.1 實驗結果分析
        2.4.2 電流互感器安裝位置對測量結果的影響
    2.5 本章小結
第三章 基于有限狀態(tài)機的SiC MOSFET開關過程建模
    3.1 SiC MOSFET開關過程的分析
        3.1.1 開通過程分析
        3.1.2 關斷過程分析
    3.2 SiC MOSFET開關過程各階段的分析
        3.2.1 開通過程分析
        3.2.2 關斷過程分析
        3.2.3 SiC MOSFET非線性跨導參數(shù)的建模
        3.2.4 SiC MOSFET及SiC SBD非線性結電容參數(shù)的建模
    3.3 SiC MOSFET開關過程各子狀態(tài)關系的描述
        3.3.1 開通過程各子狀態(tài)的描述
        3.3.2 關斷過程各子狀態(tài)的描述
    3.4 仿真及實驗平臺的搭建
        3.4.1 仿真平臺的搭建
        3.4.2 實驗平臺的搭建
    3.5 仿真及實驗結果分析
        3.5.1 開關響應速度
        3.5.2 開關損耗
        3.5.3 高頻EMI
    3.6 本模型與其他模型的比較
    3.7 本章小結
第四章 RC吸收回路對SiC MOSFET開關振蕩的影響分析
    4.1 SiC MOSFET開關振蕩的機理及其影響
        4.1.1 SiC MOSFET開關振蕩的機理分析
        4.1.2 SiC MOSFET開關振蕩的影響分析
    4.2 包含RC吸收回路的SiC MOSFET開關過程分析
        4.2.1 開通過程分析
        4.2.2 關斷過程分析
    4.3 仿真及實驗驗證
        4.3.1 仿真模型及實驗平臺的搭建
        4.3.2 仿真與實驗結果的對比
    4.4 RC吸收回路的影響分析
        4.4.1 RC吸收回路對開關振蕩的影響
            4.4.1.1 開通振蕩分析
            4.4.1.2 關斷振蕩分析
        4.4.2 RC吸收回路對開關損耗的影響
        4.4.3 RC吸收回路對高頻EMI的影響
    4.5 本章小結
第五章 永磁同步電機高頻等效電路模型的建立
    5.1 電機阻抗特性及其繞組結構的分析
        5.1.1 電機阻抗特性的分析
        5.1.2 電機繞組結構的分析
    5.2 電機高頻等效電路模型的建立
    5.3 模型電氣參數(shù)的求解
        5.3.1 共模阻抗特性參數(shù)的求解
            5.3.1.1 低頻段與中低頻段的共模阻抗特性
            5.3.1.2 中高頻段的共模阻抗特性
            5.3.1.3 高頻段的共模阻抗特性
        5.3.2 差模阻抗特性參數(shù)的求解
            5.3.2.1 低頻段的差模阻抗特性
            5.3.2.2 中頻段的差模阻抗特性
            5.3.2.3 高頻段的差模阻抗特性
    5.4 模型仿真與實驗結果的比較
    5.5 模型電氣參數(shù)對電機阻抗特性的影響分析
        5.5.1 模型參數(shù)對電機共模阻抗特性的影響
        5.5.2 模型參數(shù)對電機差模阻抗特性的影響
    5.6 本章小結
第六章 電機驅動系統(tǒng)電磁干擾的仿真與實驗研究
    6.1 電機驅動系統(tǒng)的特性分析
    6.2 電機驅動系統(tǒng)仿真模型的建立
        6.2.1 SiC MOSFET開過程行為模型
        6.2.2 電機及線纜的阻抗特性模型
        6.2.3 電機的機電特性模型
        6.2.4 SVM驅動算法模型
    6.3 電機驅動系統(tǒng)的仿真與實驗驗證
        6.3.1 仿真及實驗環(huán)境
        6.3.2 仿真及實驗結果分析
            6.3.2.1 SiC MOSFET的開關電壓
            6.3.2.2 電機相電壓
            6.3.2.3 電機共模電壓
            6.3.2.4 電機相電流及共模電流
    6.4 電機阻抗特性對電機驅動系統(tǒng)EMI的影響
        6.4.1 開關電壓與電機相電壓的關系
        6.4.2 開關電壓與電機共模電壓的關系
        6.4.3 電機相電壓與共模電壓的關系
        6.4.4 電機相電流與共模電流的關系
        6.4.5 電機及線纜阻抗特性與高頻EMI的關系
    6.5 SiC MOSFET開關特性對電機驅動系統(tǒng)EMI的影響
        6.5.1 SiC MOSFET開關速度對系統(tǒng)EMI的影響
        6.5.2 SiC MOSFET開關頻率對系統(tǒng)EMI的影響
        6.5.3 SiC MOSFET開關振蕩對系統(tǒng)EMI的影響
    6.6 本章小結
第七章 總結與展望
    7.1 全文總結
    7.2 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻
攻博期間取得的研究成果



本文編號：3859022