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高空车出租, 汕头高空车出租, 惠州高空车租赁    碳化硅功率器件的损耗影响因素?

作者:admin 发布::2022-08-24

         高空车出租, 汕头高空车出租,  惠州高空车租赁     碳化硅功率器件的损耗影响因素?    通过对功率器件的损耗组成分析,获得影响功率器件的损耗值大小的三类因素: 1)器件本身特性的影响; 2)驱动电路的栅极电阻选型; 3)功率器件散热条件。 

       其中器件本身特性主要与所使用的功率半导体材料和结构工艺有关,SiC器件的𝐸(𝑜𝑛)𝐸(𝑜𝑓𝑓)显著低于Si器件。因此SiC器件将逐步替代Si器件,作为电机控制器的功率器件的首选方案。 在器件选型确定后,器件固有属性,如通态阻抗已经确定,通态损耗只受到电气负荷大小影响。剩余两个因素则可以根据设计需求进行调整,从而具备了进一步降低损耗的可能性。 在功率器件的损耗计算中,开关断损占据较高比重。开关损耗的大小主要与功率器件的开关速度有关,开关速度越快,对应的开关损耗越低。而功率器件的开关速度主要受到驱动电路设计参数的影响。 驱动电路是驱动功率器件动作的外围设计电路,通常具备电气信号隔离、驱动功率器件开关和保护功能。其中栅极驱动电阻值𝑅的选取直接影响功率器件的开关速度,𝑅取值越小,MOSFET的栅源电容𝐶𝑠的充、放电速度越快,开关速度越快。 

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        驱动电路基本原理: SiC MOSFET的开关过程,实际是电源对栅极电容进行充放电的过程。以型号为IMW120R045M1的英飞凌SiC MOSFET为例,其栅极电荷量𝑄与栅源电压 𝑉GS(th) (Gate-source threshold voltage-源极阈值电压)之间的关系,达到3.5V开通阈值时需要10nC,此时器件开始导通;达到15nC时,进入米勒平台阶段;达到50nC后,SiC器件进入饱和导通。关闭过程则与之反向。 

 

         SiC功率器件栅极充电曲线𝑄的充电公式: 𝑄=𝑖𝑔∗𝑡𝑜𝑛 其中𝑡𝑛为充电时间,𝑖为充电电流,其大小由栅极驱动电阻值𝑅和驱动电源电压决定,器件选定后𝑄和电压的关系固定,则𝑡𝑛的大小由𝑅决定,𝑅越大则SiC器件的开通/关断时间越长,器件损耗越大。驱动电阻的阻值选取,还需同时考虑SiC功率器件的开关速度和杂散电感带来的脉冲尖峰,因此通常通过试验来验证选型的合理性。为了测试不同驱动电阻下,器件开/关时间和损耗,分别设置驱动电阻为15Ω,负载电流20A,在结温175℃条件下测试功率器件的开通和关断波形。 在驱动电阻为15Ω时,导通时间的差异约25ns,开通损耗分别为368uJ594uJ,关断损耗分别为46uJ131uJ;随着驱动电阻的降低,开关损耗降低了70%。但是随着驱动电阻的降低,器件导通时的瞬态电流也产生了更大的尖峰,在恶劣工况下会产生过流风险,同时更大的电流震荡所带来的𝑑/𝑑𝑡,会在引线电感上产生更高的电压尖峰,尤其在器件关断时,尖峰电压叠加母线电压可能造成SiC功率器件的过压击穿。 由于引线电感等寄生参数的存在,功率器件开关速度越快,寄生参数带来的电压和电流震荡越高。回路引线电感越大,开关时功率器件端电压𝑉𝑠及电流𝐼𝑠震荡越明显。

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