【摘 要】
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传统Si基电机驱动器由于Si材料的限制,其性能已经遭遇了发展的瓶颈。SiC器件作为新型宽禁带半导体器件之一,较之于Si器件具有高开关速度、低导通损耗、耐高压和耐高温等特点。因此,研究适用于永磁同步电机驱动系统的SiC功率单元对提升电机驱动器的最高工作频率及效率,降低电机驱动器的体积功率密度具有重要意义。本文首先根据SiC器件的电气特性,提出了SiC MOSFET模块驱动电路的设计要求。设计了驱动外
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传统Si基电机驱动器由于Si材料的限制,其性能已经遭遇了发展的瓶颈。SiC器件作为新型宽禁带半导体器件之一,较之于Si器件具有高开关速度、低导通损耗、耐高压和耐高温等特点。因此,研究适用于永磁同步电机驱动系统的SiC功率单元对提升电机驱动器的最高工作频率及效率,降低电机驱动器的体积功率密度具有重要意义。本文首先根据SiC器件的电气特性,提出了SiC MOSFET模块驱动电路的设计要求。设计了驱动外部放大电路弥补驱动IC峰值电流能力的不足,以达到更快的开关速度。研究了不同驱动电压和驱动电阻下的栅极电压、漏源电压、漏极电流、开关损耗的变化趋势,并以“最小开关损耗原则”对驱动电压和驱动电阻进行了选择。针对SiC模块的短路保护,分析了短路机理,对去饱和保护电路进行了深入研究。通过实验得到了不同消隐时间和母线电压对短路峰值电流的影响,对比评估了不同参数下的去饱和保护电路的效果,对去饱和电路参数进行了优化取值。基于上述研究,总结了SiC模块驱动电路的设计依据。其次,基于换流回路中寄生电感对尖峰电压的影响,从电路模型和结构设计两方面研究了叠层母排的优化设计方法。探讨了母线电容和吸收电容的作用原理和选择依据,实现了SiC基功率单元的设计,并搭建测试平台对SiC基功率单元的开关特性和稳态特性进行了测试与验证。之后,介绍了dq坐标系下的永磁同步电机模型,分析双闭环了矢量控制策略。在设计完永磁同步电机控制系统的硬件电路后,将其与SiC功率单元组合,完成SiC基电机驱动器的设计与制作,并通过实验验证其能够稳定工作。最后,本文还对SiC基电机驱动器中长线缆连接时的电压反射问题进行了深入研究。从理论上探讨了电压反射产生机理,研究了不同上升时间和线缆长度对电机端过电压的影响。建立了长线缆的高频模型,通过阻抗分析工具提取了对应的高频参数,基于此给出了LRC滤波器的设计方案。利用双脉冲实验验证了电压反射现象和滤波器与长线缆阻抗的匹配度,并通过电机实验证明了设计的滤波器对电压反射的抑制效果。
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