碳化硅MOSFET驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)前，隨著電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展和能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建，電力電子設(shè)備的應(yīng)用越來越引起人們的重視。功率開關(guān)器件作為功率變換器中的重要組件，其成熟程度也決定了電力電子設(shè)備的發(fā)展程度。目前常用的MOSFET、IGBT等功率開關(guān)器件均是以硅型半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的，但是由于硅材料存在難以克服的缺點(diǎn)，使其發(fā)展受到了極大的限制。一方面，硅半導(dǎo)體的最高工作電壓比較低而且導(dǎo)通電阻較高，使得硅功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)損耗無法達(dá)到理想狀態(tài)。另外，硅的禁帶寬度及導(dǎo)熱率均比較小

2、，從而限制了器件的最高工作溫度及最大功率。
　　因此，以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體器件以其優(yōu)良的特性引起了廣泛的關(guān)注。而在高電壓和大功率應(yīng)用領(lǐng)域，碳化硅(SiC)較氮化鎵(GaN)更具優(yōu)勢。作為寬禁帶器件，碳化硅(SiC)的禁帶寬度是硅的3倍，擊穿場強(qiáng)是硅的10倍，熱導(dǎo)率是硅的2.5倍。碳化硅(SiC) MOSFET是一種較為成熟并已經(jīng)投入商業(yè)化應(yīng)用的寬禁帶開關(guān)器件，具有擊穿電壓高、熱導(dǎo)率高、開關(guān)頻率高

3、等良好的特性。將碳化硅(SiC) MOSFET應(yīng)用到光伏并網(wǎng)逆變器等電力電子設(shè)備中，可以使功率密度和效率有顯著的提高。
　　目前，關(guān)于碳化硅(SiC) MOSFET的研究主要集中在碳化硅(SiC)MOSFET模型的建立以及其優(yōu)良性能的測試上，對碳化硅(SiC) MOSFET驅(qū)動(dòng)的改進(jìn)和優(yōu)化研究比較有限。本文在總結(jié)現(xiàn)有硅功率開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)及其優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的碳化硅(SiC) MOSFET驅(qū)動(dòng)方案，并對碳化硅(SiC)

4、MOSFET串聯(lián)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。首先對現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用到碳化硅(SiC) MOSFET上存在的問題進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，介紹了新型驅(qū)動(dòng)方案的工作原理以及消除串?dāng)_的原理，并將其應(yīng)用到同步Buck變換器中進(jìn)行分析。通過LTspice仿真和實(shí)驗(yàn)對新型驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)證。最后，對MOSFET串聯(lián)問題進(jìn)行了分析，并通過LTspice軟件對碳化硅(SiC) MOSFET開關(guān)器件的串聯(lián)均壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真。
　　研究的主要內(nèi)容如下:

5、　　(1)分析了碳化硅(SiC)功率器件的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用意義，并綜述了碳化硅(SiC) MOSFET應(yīng)用技術(shù)的研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上分析了碳化硅(SiC)MOSFET驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)要求。
　　(2)分析了新型碳化硅(SiC) MOSFET驅(qū)動(dòng)的基本原理，并針對其基本工作過程進(jìn)行了詳細(xì)的說明和分析。
　　(3)針對新型碳化硅(SiC) MOSFET驅(qū)動(dòng)，以同步Buck變換器為平臺(tái)，通過LTspice仿真和實(shí)驗(yàn)對橋式電路串?dāng)_的消除進(jìn)行