【摘 要】
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凭借高开关速度、高截止电压和低开关损耗等方面的优势,碳化硅（Silicon Carbide,SiC）MOSFET逐渐在高频、高压和高功率密度应用中取代传统硅器件。然而,大多数功率变换器的拓扑均基于桥臂结构设计,随着开关速度的提升,快速变化的电流和电压在寄生参数的耦合作用下,在关断器件栅极上引入干扰电压。串扰电压严重影响变换器工作的稳定性,研究SiC功率变换器中的串扰问题对SiC MOSFET的高频
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凭借高开关速度、高截止电压和低开关损耗等方面的优势,碳化硅（Silicon Carbide,SiC）MOSFET逐渐在高频、高压和高功率密度应用中取代传统硅器件。然而,大多数功率变换器的拓扑均基于桥臂结构设计,随着开关速度的提升,快速变化的电流和电压在寄生参数的耦合作用下,在关断器件栅极上引入干扰电压。串扰电压严重影响变换器工作的稳定性,研究SiC功率变换器中的串扰问题对SiC MOSFET的高频化应用有着重要意义。本文以TO-247-3封装的SiC MOSFET为研究对象,首先建立了考虑寄生参数的双脉冲测试电路,通过对关断管串扰电压产生过程的分段分析,指出串扰电压是共源电感感应电压与栅漏电容位移电流耦合作用的结果。然后依据串扰电压产生机理建立了简化串扰电压数学模型,定性分析共源电感对串扰电压的影响。本文依托数学模型,详细分析了动作管驱动阻抗与关断管驱动阻抗对串扰电压的抑制影响,明确驱动回路阻抗与串扰峰值的非线性关系。为指导串扰抑制优化设计,本文建立了SiC MOSFET串扰电压的分析模型,利用实测漏源电压和漏极电流的变化率在串扰电压模型中引入功率回路的影响,提出了一种基于分析模型的串扰电压预测算法,并搭建测试平台验证算法的预测精度与适用范围。最后,设计制作了一台具有容错旁路功能的H桥SiC功率变换器样机,实验测试其开关特性及功能运行。本文所提串扰电压预测算法能够准确预测串扰电压峰值与驱动回路阻抗的关系,其串扰正向峰值的平均预测误差仅为3.2%。该算法在不同工作条件和开关速度下均可保持较高预测精度,并可适用于H桥拓扑结构。所提算法可作为共源电感存在时SiC MOSFET驱动关断态栅极阻抗设计的定量计算参考。
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