一、高频MOSFET并联运行及驱动特性研究（论文文献综述）
张茂盛[1]（2021）在《碳化硅功率模块高速开关及近场电磁特性研究》文中认为相比Si-IGBT器件,Si C-MOSFET器件在高频和大功率应用领域具备优异的低损耗、高速开关、能高温运行的性能优势,因此被期待在电网输配电、轨道交通和电动汽车（EV/HEV）等行业取代Si-IGBT器件的使用。为了满足这些行业对功率变换系统更大电流等级、更高开关频率、更高转换效率和更高功率密度的紧迫需求,高密度集成碳化硅功率模块正在成为碳化硅电力电子器件的重要发展方向,高密度集成碳化硅功率模块高速开关和高频工作性能优势的充分实现成为决定其市场应用突破的关键。EV/HEV应用中低压大电流（母线电压:200-600V、负载电流:200-600A）工作条件给基于碳化硅电力电子器件的高密度集成电控系统或者电力控制单元（Power Control Unit,PCU）性能优势的充分发挥带来严峻挑战。当前碳化硅功率模块工作中开通瞬态漏源极电压(v DS)波形第一阶段下降斜率(dv DS/dt)大约5V/ns左右,为了进一步提高碳化硅功率模块高速开关性能优势,对其开关瞬态波形特征和开关速度限制因素的研究非常重要。当前碳化硅功率模块工作时开关频率一般十几千赫兹（k Hz）左右,为了充分实现碳化硅功率模块的高频工作性能优势,在保持其高速开关特性的前提下进一步提升开关频率至关重要。然而,随着开关频率的增加,碳化硅功率模块高速开关和高频工作产生的电磁干扰（Electromagnetic Interference,EMI）问题日趋严峻。由于PCU的高功率密度集成,各组件被紧密的布局在一起,碳化硅功率模块EMI噪声增加的同时,EMI噪声增强引起的近场耦合干扰问题也开始显现,因此,对碳化硅功率模块近场电磁特性及其产生机制的研究也很必要。针对EV/HEV应用中高密度集成PCU中碳化硅功率模块可能存在的上述问题,本论文设计并制作了四款碳化硅功率模块（其中1200V/400A模块3款,1200V/200A模块1款）,研究了碳化硅功率芯片、模块结构、以及工作条件等因素对其高速开关和近场电磁特性的影响机理。在高速开关特性方面,开展了影响碳化硅功率模块高速开关性能和限制开关速度增加的关键因素的研究,这些关键因素包括:低压大电流工作条件、负反馈效应、模块方案及其结构设计等。在高频工作性能方面,搭建了buck和boost电路,研究了模块近场EMI噪声的频谱特征及其在近场区域的分布规律。通过这些研究工作的开展,本论文最终揭示了低压大电流工作条件下碳化硅功率模块不同结构设计对其高速开关和近场电磁特性的影响机理,研究成果及其创新点如下:（1）针对EV/HEV应用低压大电流工作场景中增加开通速度降低模块损耗受模块开通瞬态v DS波形下降快慢制约的问题,本文基于模块的不同设计探究了低压大电流工作条件、碳化硅功率芯片和模块结构等因素对开关瞬态v DS波形的影响规律,揭示了影响模块高速开通的v DS波形平台特征的产生机制,阐明了随开通速度增加v DS波形在线性下降区尾端呈现非线性下降特征的机理。相比碳化硅功率芯片的不同,模块结构设计的不同对模块开通瞬态v DS波形特征产生了明显的影响。模块结构对v DS波形特征的影响随着母线电压降低而减弱,随着开通速度增加而增强。如果开通速度足够快,在较高母线电压条件下漏源极电压波形分阶段下降的特征将变得不明显;在较低母线电压条件下v DS下降波形将出现平台特征,且随着输出负载电流增加v DS波形下降时的平台特征会更加明显。开通瞬态v DS波形的平台特征阻止了v DS波形的快速下降,导致在EV/HEV应用中通过增加开关速度来降低碳化硅功率模块损耗受到制约。在低压大电流工作条件下,当碳化硅功率模块开通速度较高(比如di DS/dt高于2.64A/ns)时v DS波形下降第一阶段（τ1（on））和栅源极电压(vgs)波形米勒平台对应时间段重合,在这个重合时间段内vgs波形米勒平台效应能够被反映到v DS波形上形成平台特征;当开通速度较低时栅vgs波形米勒平台对应时间段出现在τ1（on）时间段之后且两者彼此分离,v DS波形无法形成平台特征。在高压（高母线电压）和高开通速度工作条件下缩短的τ1（on）和后延的米勒平台导致vgs波形米勒平台对应时间段和τ1（on）时间段彼此分离,v DS波形上不仅无法形成平台特征,还使得v DS波形分阶段下降的特征变得不明显。开通瞬态模块上桥v DS波形平台高于下桥的现象归结于模块内部上桥漏-源极路径和功率主回路的共用路径不同于下桥漏-源极路径和功率主回路的共用路径,且上桥共用路径的寄生电感高于下桥。本文的研究也暗示了降低62mm标准外形功率模块上桥漏-源极路径和功率主回路共用路径的寄生电感可减小上下桥v DS波形平台特征的差异。本文的研究还进一步阐明了开通瞬态v DS波形随开通速度增加在其线性下降区尾端呈现非线性下降波形特征的产生机理。随着开通速度增加,以栅源极电压(vgs)表达式作为解的二次方程式所对应的判别式的极性由正变负,相应的,模块在τ1（on）阶段v DS波形下降斜率(dv DS/dt)的解析表达式也发生了彻底的改变,结果其在接近τ1（on）阶段终点时由一个常量改变成了一个变量,该变量在接近τ1（on）阶段终点出现的快速减小导致了v DS波形在线性下降区尾端呈现非线性下降波形特征。（2）针对负反馈效应对碳化硅功率模块高速开关特性的影响,本文设计了不同的共源路径方案及其模块结构;搭建了米勒电容和共源电感负反馈的等效电路模型;通过开通瞬态特性的仿真、解析建模分析和实验开展负反馈机理研究;揭示了最小化共源路径模块上下桥vgs波形不同特征负电压尖峰的产生机制;提炼了模块开通瞬态最大电流变化率(di DS/dt)的定量约束条件;提出的最小化共源路径设计方法显着提升了模块允许的最高开关速度。针对最小化共源路径碳化硅功率模块因米勒电容负反馈产生的上桥vgs波形负电压尖峰特征不同于下桥的现象(上桥vgs波形负电压尖峰中叠加了一个83.3MHz的高频振荡而下桥vgs波形则无高频振荡叠加),本文将开通瞬态米勒电容的负反馈等效成由漏-源极功率主回路注入到栅-源极回路的一个短时脉冲电流源(i D→G),模块上下桥栅-源极路径布局方案及其结构设计的不同导致上桥米勒电容负反馈所对应的等效电路拓扑结构不同于下桥,在模块上桥等效电路拓扑结构中i D→G与由寄生电感和栅源极驱动回路总电阻组成的串联支路并联后再和寄生电容构成串联回路;而在模块下桥等效电路拓扑结构中i D→G与栅源极驱动回路总电阻并联后再和寄生电感和寄生电容构成串联回路。本文提出的等效电路模型揭示了模块上桥vgs波形过低负电压尖峰特征不同下桥的产生机制。本文对碳化硅功率模块开通瞬态v DS波形的下降过程进行解析建模,对模块共源路径和米勒电容在开通瞬态的负反馈进行解析建模和仿真计算,通过对实验和解析仿真计算结果的对比分析,揭示了碳化硅功率模块共源路径结构设计不同对其开通瞬态允许的最高开通速度(di DS/dt)的影响规律。对于最小化共源路径设计的模块,随着开通速度增加,模块v DS波形下降第一阶段（τ1（on））的下降斜率快速增加,当模块v DS波形在第一阶段的下降斜率增加到约等于第二阶段（τ2（on））的下降斜率时,即v DS波形两阶段下降特征改变成近似单一阶段下降特征时,模块vgs波形将出现过低负电压尖峰特征,模块开通速度(di DS/dt)的继续增加受到明显的限制;然而,对于含有额外共源路径设计的模块,其v DS波形在τ1（on）阶段的下降斜率远低于τ2（on）阶段的下降斜率时,模块vgs波形就出现负电压尖峰特征,di DS/dt的继续增加就被限制。经实验验证,本文提出的最小化共源路径优化设计将模块开通时允许的最高di DS/dt提升了50%以上。（3）针对EMI噪声随开关速度和开关频率增加而升高,以及PCU高密度集成引起EMI噪声近场耦合失效的问题,本文揭示了碳化硅功率模块近场EMI噪声频谱及其在近场区域的分布规律;阐明了碳化硅功率模块结构设计对其近场电磁特性的影响机理;提出的最小化共源路径方案明显改善模块的近场电磁特性,提出的基于最小化共源路径方案的高对称性栅-源极路径结构设计明显降低了模块在buck电路工作中产生的高频段噪声。碳化硅功率模块近场EMI噪声按频率可被分为两类,30-120MHz的近场EMI噪声为低频段噪声（LFR）,主要分布于模块漏源极功率电极所对应的近场区域,由模块内部漏-源极路径和模块功率电极构成的天线结构产生,开关瞬态漏源极电流变化特征对该频段的近场EMI噪声影响较大;而120-500MHz的近场EMI噪声为高频段噪声（HFR）,主要分布于模块栅源极信号端子所对应的近场区域,由模块内部栅-源极路径和模块栅源极信号端子构成的天线结构产生,开关瞬态栅源极电压变化特征对该频段的近场EMI噪声影响较大。模块内部结构栅-源极路径和漏-源极路径彼此被分隔开的最小化共源路径设计方案可以明显改善模块的近场电磁特性,消除模块在500-900MHz频率带的异常EMI噪声。提高并联芯片栅-源极路径的均一性可以降低模块的HFR,提高并联芯片漏-源极路径的均一性可以降低模块的LFR。相比最小化共源路径设计方案,本文提出的基于最小化共源路径方案的高对称性栅-源路径结构设计将模块上桥内部并联芯片栅-源极路径均一性提高了27.10%,在开关频率为10k Hz和100k Hz的buck电路中工作时基于最小化共源路径方案的高对称性栅-源路径结构设计将模块的HFR分别降低了8.25%和11.07%。本论文的研究成果为充分发挥碳化硅功率模块高速开关和高频性能优势提供了有益的理论基础和实践借鉴,为碳化硅功率模块的设计及其与EV/HEV的高功率密度集成PCU的协同化设计提供了新的思路。
缪哲语[2]（2021）在《高功率宽范围LLC谐振变换器研究》文中进行了进一步梳理LLC谐振变换器具有高效率、高功率密度等优点,被广泛应用于新能源发电、电动汽车、服务器电源等热点应用中,且其中相当多的场景要求变换器具有宽增益范围调节能力。然而,传统LLC变换器的增益调节能力有限,难以在实现宽增益调节能力的同时兼具高工作效率。提升LLC变换器在宽增益范围下的工作效率,特别是对于中高功率系统,能提升设备性能及系统可靠性、降低电能损耗并带来显着经济收益。本文以中高功率宽增益范围LLC变换器为研究对象,针对其宽增益范围拓展性、高电压/大电流适应性等关键特性,深入分析拓扑结构和控制方法,探索如何在拓宽变换器增益范围的同时仍保持高效率,并且提出了若干解决思路和方案。首先,本文针对传统全桥LLC变换器提出一种高增益变频-移相不对称-倍频脉宽调制的平滑柔性变模态控制策略,大幅拓宽变换器的电压增益范围,并保证增益全范围内原边开关管零电压开通,拓宽具有副边整流管零电流关断的增益范围,实现宽范围下的高效率。所提控制方法具有平滑无切换的控制逻辑,工作过程中无暂态过冲量。同时,本文详细说明了控制中所涉及子模态的状态机匹配及过渡方法,并基于所建立的理论分析与数字化计算结合的设计平台,给出了所提宽范围LLC变换器方案的参数设计方法和工程实现细节。样机的增益与效率结果证明了方案的有效性。其次,本文针对高功率、高电压、宽增益范围的应用场景,提出箝位桥组合型多电平LLC变换器并对其高效率宽范围控制方法进行了深入研究。本文详细分析了箝位桥组合型多电平LLC变换器的各种子工作模态,提出了全桥等效控制模式及多电平控制模式并统一了多电平变换器的柔性变模态设计、分析方法。针对箝位桥组合型多电平LLC变换器所提出的宽范围变模态控制方法充分利用了多电平变换器开关状态较多、工作模态丰富的特性,并且兼顾电压平衡、软开关等限制,在拓展增益范围的同时保证了全控制范围的高工作效率,提升了多电平变换器的工作特性。实验结果表明,所提的多模态控制的多电平LLC变换器不仅能够实现全电压增益调节范围,而且在整个工作范围都具有较高的运行效率。其适用于高电压宽增益应用,可以高效替代相应系统中的两级DC/DC宽调压变换器。然后,本文以高功率多通道串联桥式三电平LLC变换器为对象进行了多电平LLC变换器的多模态多通道优化研究。本文在深入分析多通道LLC变换器交错并联特性的基础上,提出了多模态控制型交错并联方法,并分析了LLC变换器交错并联的收益与代价。此外,针对这一多电平多通道并联变换器系统,本文引入上层优化控制器来调度不同负载下系统的运行模式,并结合单通道的多模态联合优化,提升了系统在宽增益范围、宽功率范围负载下的工作效率。本文实现了一台额定输入750V、额定输出100V/200A/20k W、四通道并联的串联桥式三电平LLC变换器样机,并在这台样机上实现了多模态宽范围控制、多通道交错并联、多通道负载优化等控制逻辑。实验结果表明,采用多通道交错并联、自适应负载优化等控制方法能够减小LLC变换器的电流纹波、提升系统工作效率。最后,本文对比了宽范围应用中移相全桥变换器与宽范围LLC变换器的工作特性及优劣,并以一个双向开关PFC+全桥LLC结构的宽输入两级式电源系统为研究示例,建立了优化模型,计算说明通过在LLC环节引入多模态控制可以提升两级式系统在宽增益点的工作效率。实验结果表明增益优化设计的两级式系统在宽增益点工作时效率有明显的提升,验证了所提出的两级式系统优化方法的有效性。本文以增益、损耗分析为基础,采用多模态、柔性变模态思想,对传统LLC变换器进行控制升级,使LLC变换器在宽增益范围内高效率工作成为现实,且所提控制方法具有平滑的控制过程,使变换器在宽范围工作过程中无暂态过冲量。相关分析对其他宽范围DC/DC、DC/AC变换器的高效率设计与优化也具有参考意义。
曲建真[3]（2021）在《基于SiC MOSFET并联的车载复用变换器及其传导EMI特性研究》文中指出未来,电动汽车将成为全球车企满足严格油耗和排放法规的主流车型。车载充电机（On-Board Charger,OBC）可以方便的为车载电池充电,但也增加了车载变换器的体积和重量。将电动汽车的电驱动系统复用为OBC是满足重量、空间和成本要求的一种方法,集成电机驱动器、OBC和高压Boost变换器等已成为发展趋势。在车载变换器中使用碳化硅（Silicon Carbide,SiC）器件可进一步提高系统效率和功率密度。但SiC器件的高开关速度和高开关频率特性会显着提高系统的电磁干扰（Electromagnetic Interference,EMI）,同时当前SiC器件电流容量较小,针对大功率车载变换器应用时需要通过多器件并联以提高其载流能力,而器件并联均流性能会影响其最高载流能力和系统长期运行可靠性。因此有必要对SiC器件在车载复用变换器应用中的器件并联均流和系统EMI抑制等问题进行研究,在满足相关EMI标准要求下最大限度的发挥SiC器件的性能优势,提高系统效率和功率密度。本文首先揭示了传统直流电容分布式SiC MOSFET并联方案瞬态电流不平衡的主要原因,说明了功率电路板（PCB）布局布线对瞬态均流特性的影响。为改善瞬态均流性能,提出了一种PCB布局布线方案及优化方法,降低了SiC并联桥臂间的耦合效应,减小了栅极驱动信号的传输延迟差异。通过双脉冲实验验证了所优化的SiC并联单元在正常工作和短路故障条件下的均流性能。实验测试表明:与传统SiC并联单元相比,优化后的并联单元下桥臂并联SiC器件的瞬态电流差异从10.22%显着降低至2.78%,开关损耗差异也得到了相同程度的减小,且在短路故障条件下的瞬态电流也基本相同。分析了基于SiC MOSFET并联单元的车载复用变换器在DC/DC模式和非隔离型OBC模式下的传导干扰特性。分析了SiC MOSFET的开关电压频谱分布特性并将其作为主要的传导干扰源。建立了复用变换器各组成部件的寄生参数模型。将寄生参数模型引入变换器的EMI分析模型,分析了不同干扰源和不同寄生参数对系统EMI特性的影响。揭示了Boost变换器输入负极引线寄生电感和功率电感高频传输线效应之间的串联谐振对系统传导干扰特性的影响;理论分析了提高功率电感高频阻抗特性以及降低Boost输入负极引线寄生电感对系统传导干扰的抑制效果。揭示了非隔离型OBC模式输出屏蔽电感对OBC网侧传导干扰特性的影响,并给出了降低系统传导干扰的有效措施。为有效地抑制车载复用变换器的传导干扰提供了理论基础。为在不影响系统功率密度的前提下抑制车载复用变换器的传导干扰,提出了一种应用于功率电感器的等效单层绕线方法,降低了其等效并联电容,显着提高了其高频阻抗特性。提出了一种通过增加小封装电容来降低电池侧等效负极引线寄生电感的方法。实验测试表明:在不增加额外EMI抑制措施前提下,仅通过优化功率电感绕线以及增加小封装电容,显着抑制了车载复用变换器在DC/DC模式下以及OBC模式下电池侧的高频传导干扰。为进一步抑制OBC网侧传导干扰,给出了一种网侧EMI滤波器,并将其安装于功率电感器的剩余窗口空间,降低了对系统功率密度的影响。实验测试表明车载复用变换器在OBC模式下电网侧满足CISPR 32-2019中B级标准限值。最后基于优化的SiC MOSFET并联单元和功率电感器及滤波器单元实现了一种应用于电动汽车的高效率和高功率密度的车载复用变换器,对该复用变换器在不同工作模式下的等效变换器拓扑进行小信号建模并设计了闭环控制系统,测试了复用变换器在不同工作模式下的电气参数并分析了系统体积、重量和损耗分布。实验测试表明:复用变换器在DC/DC模式下（50 k Hz）输出功率50k W时的系统峰值效率为99.12%,在峰值输出功率60 k W时系统功率密度大于15 k VA/L;在OBC模式下输出功率6.6 k W时系统效率为97.41%,系统功率因数大于0.99,网侧输入电流总谐波畸变率2.11%,且低频电流谐波分量同时满足EN IEC 61000-3-2:2019和EN 61000-3-12:2011相应标准限值。
袁路涛[4]（2021）在《基于SiC器件的CR400BF型动车组车载隔离型逆变器研究》文中进行了进一步梳理近年来,我国高铁产业蓬勃发展,为了实现了动车组的轻量化,在标准动车组设计中将具有轻量化、无污染和长寿命等优点的锂电池应用于“复兴号”动车组辅助备用110 V蓄电池组中,由于列车上运行环境比较特殊,工作环境温度高、各种电气设备密集分布且空间狭小,对于单相逆变器的体积、效率、可靠性都有了更高的要求。本文针对当前车载单相逆变器存在体量大、效率低等问题,同时结合锂电池作为备用电源后带来逆变器输入电压范围的缩窄,将传统两级式逆变器前级的移相全桥结构的直流升压电路改进为全桥LLC谐振电路,后级逆变电路引入易于高频化应用的新一代功率器件SiC MOSFET,研制了车载隔离型单相逆变器的实验样机。论文首先设计了逆变器系统的整体架构图,然后完成了逆变器前后级电路的建模分析、设计、仿真验证及软件硬件系统设计,最终完成了实验样机的整机测试。具体内容如下:（1）首先对前级全桥LLC谐振变换器进行稳态建模,然后对变换器的稳态直流增益特性、工作过程进行了分析,推导了开关管在全负载范围内实现零电压导通（ZVS）的边界条件,提出了一种谐振腔参数的设计流程,最终在Matlab/Simulink平台搭建了仿真模型并验证了设计的合理性与正确性。（2）对后级逆变电路进行建模分析,推导了其主电路的等效传递函数及等效框图,并设计其输出LC滤波器,采用基于电感电流采样和输出电压采样的双闭环控制模型,针对基于传统PI控制器的双闭环控制存在的输出电压精度低、谐波含量高和动态特性差等问题,提出了一种基于改进PR多重复合控制器的电压外环和分数阶PIλ控制器的电流内环组成的双闭环控制策略,并完成了其控制器设计。最终在Matlab/Simulink平台搭建仿真模型并对其控制效果进行对比分析,验证了基于改进PR多重复合控制和分数阶PIλ控制的双闭环控制策略的优越性。（3）完成逆变器整机的硬件电路与软件系统的设计,搭建实验平台对隔离型单相逆变器进行整机测试。测试结果表明本文设计的隔离型单相逆变器具有较好的稳态特性、动态特性和较高的效率,可满足车载隔离型逆变器的要求,具有实用价值。
张政江[5]（2021）在《宽禁带半导体高速磁隔离驱动技术研究》文中提出随着第三代宽禁带半导体行业的飞速发展,SiC MOSFET越来越广泛的运用于工业领域,相比于普通的Si半导体功率器件,其具有耐高温,耐高压,低损耗和高开关频率的优势,因此SiC MOSFET在市场上的商业价值也逐步提升。驱动电路对半导体功率器件的运行至关重要,由于SiC MOSFET的特性和普通Si器件存在着差异,在高频工作的条件下,其本身对电路中的寄生参数更为敏感,因此SiC MOSFET驱动电路的设计要考虑到更多要素且具有一定的研究意义。本文通过对SiC MOSFET的特性进行详细分析,总结出设计SiC MOSFET驱动电路所需的充要条件,其中包括高速磁隔离信号的双向传输,SiC MOSFET的故障保护,以及半桥结构中高频串扰的抑制,并针对驱动的设计提出了集成化的思想。主要研究内容和研究成果如下:（1）.首先介绍宽禁带半导体器件的种类和国内外发展趋势,对比了普通Si半导体器件与SiC半导体在性能的差异,突出了SiC半导体在工业用途上的优势,阐明课题研究的意义和价值,在此基础上确定了驱动电路的隔离方式和驱动方案。（2）.对SiC MOSFET的特性进行详细分析,通过仿真分析电路中的寄生参数对SiC MOSFET器件的开关过程的影响以及能量损失,并针对栅极驱动建模研究,讨论在带有寄生参数下不同栅极电阻对栅极驱动的影响。（3）.详细分析了磁隔离驱动的技术特点,对磁隔离驱动信号传输技术原理进行了深入研究,分别设计了共享磁隔离变压器的同步脉冲群调制解调正向和故障保护信号反向传输电路,并对整个电路的设计进行了理论分析、仿真和样机电路制作,可以可靠实现SiC MOSFET的驱动和故障信号双向传输,关键技术可实现集成化,通过PCB无芯变压器传递信号。（4）.详细的分析了SiC MOSFET在工作的过程中可能产生的故障,在设计驱动电路的基础上增加了保护电路的设计,并在一些传统保护电路中加以改进和优化,通过仿真实验验证了设计的可行性,提高了SiC MOSFET在工作中的安全性能。（5）.建立了SiC MOSFET在半桥结构中工作的等效模型,详细分析了高频串扰产生的原因,通过仿真和理论证明栅极串扰主要是由SiC MOSFET器件米勒电容的充放电位移电流和驱动回路中共源电感的感应电压所引起的。针对串扰的抑制,在电路布局上提出了优化措施,并设计了变栅极电压控制电路。
王润泽[6]（2021）在《基于GaN LCLC谐振的高升压比DC/DC变换器的研究》文中进行了进一步梳理高升压比DC/DC变换器是军事国防、工业生产、航空航天等领域的重要部件,但深空探测、空间武器等应用对部件的体积与重量提出了更严格要求。为使变换器工作频率与性能进一步提升、体积进一步减小,本文将第三代半导体功率器件氮化镓（GaN）器件、平面变压器及LCLC四阶谐振变换器拓扑运用于高升压比DC/DC变换器。本文从驱动设计、电路拓扑、平面变压器设计、基于LCLC谐振的DC/DC变换器模型四个方面进行研究,并最终试制了基于LCLC谐振的DC/DC变换器样机,主要工作如下:首先,将GaN器件与硅（Si）MOSFET器件进行对比,分析了GaN器件具有高电子迁移率、低比导通电阻等的优越特性的原因,在此基础上分析了传统Si MOSFET驱动设计方案应用在GaN器件的问题与解决方法,同时对开关过程进行分析,得出了单位开关周期中GaN器件的损耗计算方法,最终通过实验对开关器件的性能测试进行了测试。其次,为实现小型化、高频化的要求,运用平面变压器技术实现对传统变压器的替代,建立了平面变压器漏感及绕组电容的物理模型以平面变压器的漏感与绕组电容模型,并运用有限元仿真针对四种不同的印制电路板（PCB）绕组方式验证了物理模型的准确性,完成了1:10高变比的平面变压器的试制并给出了一种对绕组电容优化设计的非完全重叠绕组结构。再次,深入研究了电路拓扑中谐振变换器。谐振变换器可实现开关器件在开关过程中零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）,运用电路分析理论对LCLC谐振变换器的电压增益、电流增益、阻抗特性等特征进行了较详细地分析,并从两个方面探究了高阶谐振变换器的特性,一结合谐振电路的时域与频域分析,给出了LCLC谐振变换器工作在ZVS条件的充要条件;二是完善了高阶谐振变换器与其低阶变换器之间的转移条件。通过与3阶谐振变换器LLC、LCC变换器对比,运用数值分析的方式得到4阶谐振变换器LCLC与3阶谐振变换器的边界。最后通过实验验证了LCLC谐振变换器的性质。最后,在现有理论的基础上建立了关于元件应力、谐振电流、等效负载等物理量的DC/DC变换器模型。通过实验验证该模型的准确性,并在考虑谐振变换器的软开关条件、器件耐压等因素后,得出LCLC谐振变换器的设计思路,最终实现了小型化高频化及1:100的高升压比变换器样机的试制。
金寿东[7]（2021）在《基于GaN HEMT的高频双向DC/DC变换器研究与设计》文中研究表明电力电子半导体器件作为电能变换与传输的核心,在新能源发电、电动汽车、电气电子设备电源等领域中具有至关重要的作用。传统硅基MOSFET器件已经逼近物理极限,而宽禁带半导体器件具有高频高效、耐高温、抗辐射等多方面优势。其中氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）借助二维电子气（2DEG）更快的电子饱和漂移速度具有更高的开关频率。GaN HEMT已经在快充电源、激光雷达、消费类电子设备等电源系统中广泛应用。但是GaN HEMT器件结构和驱动要求多种多样,阈值电压低而开关频率高易引入桥臂串扰直通风险、及电压、电流震荡问题,同时开通损耗大、动态导通电阻波动会导致效率下降等问题,因此有待优化驱动设计、完善开关特性测试,利用软开关降低开关损耗。目前,主流商业化高压GaN HEMT从器件结构可分为单体增强型、Cascode型,其中单体增强型又包含肖特基栅型和p GaN欧姆接触栅型。不同于Si、SiC MOSFET及其他GaN HEMT的电压驱动特性,本文主要研究的p GaN欧姆接触栅型GaN HEMT器件结构独特,需电流源驱动,因此以往电压驱动方案不再适用。对此,本论文主要研究内容为:（1）从高压600V/650V GaN HEMT器件结构分析出发,深入阐述GaN HEMT各器件的结构特点与驱动要求,着重分析p GaN欧姆接触栅型GaN HEMT的器件结构、动态导通电阻波动的抑制与电流驱动设计方案的优化。（2）设计了两款GaN HEMT驱动器,然后通过双脉冲实验测试高压GaN HEMT的开关特性和驱动效果,优化了测试平台及PCB布局布线,与650V的SiC MOSFET对比实验,验证了改进后电流驱动GaN HEMT的开通速度更快、开通损耗更小的优势。（3）最终基于SiC MOSFET、GaN HEMT设计了两款准谐振同步整流Buck/Boost变换器,通过增大电感电流脉动,捕捉电感电流过零点实现CRM模式运行,构造ZVS、ZCS软开关,同时大大减小开关瞬间电压、电流震荡。另外借助同步整流降低通态损耗,提高了变换效率达到90%附近。本文通过理论分析与实验验证可知,基于GaN HEMT器件结构的特点,优化设计的电流驱动器能够满足p GaN欧姆接触栅型GaN HEMT的驱动要求,实现纳秒级开关,同时负压关断GaN HEMT能有效抑制桥臂串扰误导通风险,避免半桥直通短路。而从器件的双脉冲测试中可以看出,相比于SiC MOSFET,GaN HEMT开关速度更快,优化PCB布局布线最小化寄生参数,能够减小功率环路震荡。而高频双向同步整流Buck/Boost变换器运行在CRM模式,能够实现ZVS开通、ZCS关断续流管,有效降低了反向导通损耗和开关损耗,高效地将电能变换传输到负载侧。
檀立兵[8]（2021）在《基于碳化硅的锂电池模组交流阻抗谱检测用变频电流源研究》文中研究说明退役锂电池通过回收后再梯次利用,可最大化其生命周期和资源利用率,对电池模组级甚至电池包级的检测并应用可获得比电芯级更高的效率和经济效益。电池的健康状态（SOH）是梯次利用筛选和重组的重要依据,交流阻抗谱是评估SOH的重要手段,变频电流源作为锂电池模组交流阻抗测试系统的激励显得尤为重要。论文选用SiC MOSFET为开关器件,通过整流、逆变电路实现了频率可变、幅值可调的正弦电流输出。主要内容如下:整流部分选用电容滤波的三相不控整流电路,逆变部分选用电感滤波的单相全桥逆变电路,控制策略选用增量式比例调节方式闭环控制电流,逆变器调制方法选用倍频单极性SPWM。根据理论分析,设计了电源的软硬件电路,硬件部分完成主电路、控制电路和驱动电路的设计。主电路设计包括开关器件、滤波电感、软启动电阻,控制电路设计包括A/D采样、直流电压监测、软件过流保护、硬件过流保护、通讯和辅助电源模块等。软件部分阐述了基于DSP的软件设计思路,包含主程序设计思路、中断执行内容、电流跟踪算法以及上位机与主控板之间的通讯逻辑。针对SiC MOSFET开关时的电压、电流振荡影响电路的问题,通过优化驱动电阻降低了驱动电压尖峰和SiC MOSFET开关时的漏源极电压振荡;采取逆变器直流侧串联滤波器的方法抑制了直流电压纹波和逆变器输出电压尖峰;通过优化主控制板PCB降低了信号的高频杂波干扰。最后,搭建MATLAB仿真与实验平台,结果表明该电源取得较好的输出效果。
江瀛[9]（2021）在《18V/1000A电镀电源的研究与设计》文中研究说明随着现代电力电子器件、自动控制技术的不断发展,工业设备电镀,航空航天设备的表面处理对电镀电源的稳定性、可靠性和电能质量提出了更高的要求。在这些领域中,采用可控硅和硬开关技术的大功率电镀电源已经不能满足行业节能减排的要求。因此,研究高效率和低纹波的电镀电源对提高电镀器件的成品率、电镀工艺的精确度具有重要的工程实际意义。本文以低压大电流电镀电源为研究对象,分析了软开关技术、同步整流技术以及并联均流技术的优缺点以及电路的工作模态。针对提升电源输出效率的问题,采用了一种结合同步整流技术和移相全桥技术的电镀电源。其次本文详细分析了前级输入整流滤波电路、移相全桥电路、后级同步整流电路和滤波电路。分析了小信号模型,采用了前级移相后级同步控制技术,实现了电镀电源的高效率和低纹波;同时针对多模块并联环流问题,采用了一种基于虚拟阻抗的自均流方法,通过仿真分析,验证了该方法的均流效果。此外,对18V/1000A电镀电源的拓扑电路及其控制方法进行了仿真分析,验证了本文采用的拓扑电路结构和控制方法的正确性。最后本文对该拓扑电路结构进行了相关参数计算,与仿真参数比较,确定了实验器件参数的选取。通过硬件和软件流程设计,搭建了一台18V/1000A的实验样机。实验结果表明,在满负载运行时效率达到了93.1%,纹波系数2.4%,满足了电镀电源设计技术指标。
王文月[10]（2021）在《SiC MOSFET驱动电路研究与设计》文中研究指明随着智能电网、电力牵引、电动汽车等应用领域对电力电子变换装置性能要求的不断提高,促使各种变换装置中的电力电子器件朝着高耐压、高电流密度、高开关频率、低导通压降等方向发展。SiC功率器件因具有高耐压、高耐温、高开关频率等特点,使其替代Si器件成为电力电子变换装置的更优选择。在实际应用场景下,SiC MOSFET开关频率、开关速度提升会带来电压电流尖峰过大、振荡、串扰及电磁干扰等问题,因此为了使SiC MOSFET更加安全可靠在电力电子变换装置中运行,对其电压电流尖峰、振荡、串扰问题及驱动保护电路进行了研究:首先,详细对比了SiC MOSFET在导通特性、阻断特性、开关特性及驱动特性与Si MOSFET不同。由以上基本特性分析得出,SiC MOSFET驱动电路设计基本要求及注意事项,并进行了SiC MOSFET驱动电路设计。在SiC MOSFET器件高速开关的应用背景下,电路中寄生电感的影响不能再被忽略,基于带寄生电感的双脉冲测试电路平台,对所设计驱动电路驱动性能进行了验证,并在此基础上对比研究了SiC MOSFET与Si MOSFET动态特性,突出说明了SiC MOSFET优势。然后,考虑在实际应用场合SiC MOSFET发挥高频特性时,开关过程中存在电压电流尖峰过大、振荡及串扰问题。为此,分析了其产生基本原理,对比研究了目前抑制电压电流尖峰及振荡、串扰问题的常用方法与新型抑制方法不同,并在牺牲较少SiC MOSFET开关损耗基础上,分别提出了一种改进驱动电路的辅助支路,完成了辅助支路设计及相关参数计算,从而为SiC MOSFET器件的高速开关应用提供基础。最后,在搭建的双脉冲测试平台上,对电压电流尖峰、振荡问题及串扰问题,所设计的改进有源驱动电路性能进行实验验证。经过对比传统采用RCD吸收电路和典型有源驱动电路,本文设计的改进有源驱动电路在有效抑制电压电流尖峰、振荡问题同时,降低了驱动电路复杂程度。与此同时,与无源抑制及有源抑制串扰问题方法相比,本文设计的改进有源驱动电路在牺牲较少开关损耗基础上,对桥式串扰问题进行了有效抑制。最终,搭建了同步Buck变换器,验证了本文设计有源驱动保护电路在实际应用场景下的驱动保护性能,同时在改进有源驱动电路下,同步Buck变换器转换效率提高了0.27%。
二、高频MOSFET并联运行及驱动特性研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、高频MOSFET并联运行及驱动特性研究（论文提纲范文）
（1）碳化硅功率模块高速开关及近场电磁特性研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 碳化硅电力电子器件特性及其应用现状 |
| 1.1.1 碳化硅器件特性 |
| 1.1.2 电网行业应用进展 |
| 1.1.3 轨道交通行业应用研究进展 |
| 1.1.4 电动汽车行业应用进展 |
| 1.2 碳化硅功率模块研究现状 |
| 1.2.1 模块封装工艺及其结构设计研究现状 |
| 1.2.2 高速开关特性研究现状 |
| 1.2.3 高频工作性能研究现状 |
| 1.3 本论文选题意义及其主要研究内容 |
| 1.3.1 选题意义 |
| 1.3.2 主要研究内容 |
| 第2章 碳化硅功率模块结构设计及其制作 |
| 2.1 双脉冲测试电路及商业碳化硅功率模块开关特性测试 |
| 2.1.1 双脉冲测试电路原理 |
| 2.1.2 双脉冲测试平台介绍 |
| 2.1.3 碳化硅功率模块开关瞬态介绍 |
| 2.1.4 Wolfspeed公司功率模块开关瞬态实测波形 |
| 2.2 碳化硅功率模块设计 |
| 2.2.1 开关速度设计 |
| 2.2.2 DBC结构设计 |
| 2.2.3 内部结构布局设计 |
| 2.2.4 内部结构三维设计 |
| 2.3 碳化硅功率模块制作 |
| 2.3.1 制作工艺介绍 |
| 2.3.2 模块样品 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 低压大电流工作条件对碳化硅功率模块高速开关特性的影响 |
| 3.1 开通瞬态漏源极电压波形特征对比 |
| 3.1.1 较高母线电压工作条件下漏源极电压波形特征 |
| 3.1.2 低母线电压工作条件下漏源极电压波形特征 |
| 3.1.3 较低母线电压和高负载电流工作条件下的漏源极电压平台特征 |
| 3.2 仿真研究漏源极电压平台特征 |
| 3.2.1 漏源极电压波形仿真研究 |
| 3.2.2 漏源极电压平台产生机制 |
| 3.3 仿真研究上桥漏源极电压平台高于下桥 |
| 3.3.1 模块上桥和下桥漏-源极路径的差异 |
| 3.3.2 上下桥漏源极电压波形不同平台特征的产生机制 |
| 3.4 关断瞬态漏源极电压波形研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 米勒电容负反馈对碳化硅功率模块高速开关特性的影响 |
| 4.1 开通瞬态栅源极电压波形对比 |
| 4.1.1 开通瞬态四款模块栅源极电压波形对比 |
| 4.1.2 模块D在不同工作条件下的栅源极电压波形对比 |
| 4.2 栅源极过低负电压尖峰影响的建模及其仿真研究 |
| 4.2.1 米勒电容负反馈效应的等效电路模型 |
| 4.2.2 栅源极电压波形过低负电压尖峰特征的仿真结果及其对比 |
| 4.3 验证栅源极电压波形负电压尖峰产生机制 |
| 4.3.1 验证实验及其对比 |
| 4.3.2 仿真验证 |
| 4.4 负反馈效应对关断瞬态栅源极电压波形的影响 |
| 4.4.1 不同模块关断瞬态波形对比 |
| 4.4.2 关断速度相关的负反馈增强的影响 |
| 4.4.3 负载电流相关的负反馈增强的影响 |
| 4.4.4 输出功率相关的负反馈增强的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 碳化硅功率模块结构对其高速开关特性的影响 |
| 5.1 模块开通过程解析建模 |
| 5.1.1 漏源极电压波形第一阶段下降过程建模(从t_1到t_2) |
| 5.1.2 漏源极电压波形第二阶段下降过程建模(从t_2到t_3) |
| 5.2 模块B和模块D开通瞬态波形特征变化趋势 |
| 5.2.1 开通瞬态波形特征随开通速度增加的变化趋势 |
| 5.2.2 开通瞬态波形特征随母线电压增加的变化趋势 |
| 5.2.3 开通瞬态波形特征随负载电流增加的变化趋势 |
| 5.2.4 模块结构设计不同对其开通瞬态波形特征变化趋势的影响 |
| 5.3 模块开通瞬态的解析计算和仿真分析 |
| 5.3.1 解析分析τ_1(on)阶段漏源极电压波形线性下降特征改变的产生机制 |
| 5.3.2 模块栅源极电压波形随漏源极电压波形变化而呈现的相关性 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 模块结构设计对其近场电磁特性的影响 |
| 6.1 电机驱动控制系统EMI问题研究现状 |
| 6.1.1 传导EMI噪声产生机制 |
| 6.1.2 传导EMI噪声解决方法 |
| 6.1.3 近场EMI噪声研究现状 |
| 6.2 近场EMI噪声测试平台介绍 |
| 6.3 模块B近场电磁特性 |
| 6.3.1 模块B在测试电路中工作波形 |
| 6.3.2 模块B近场EMI噪声及其分布特征 |
| 6.4 模块C近场电磁特性 |
| 6.4.1 模块C在buck电路中工作波形 |
| 6.4.2 模块C近场EMI噪声及其分布特征 |
| 6.5 模块D近场电磁特性 |
| 6.5.1 模块D在测试电路中工作波形 |
| 6.5.2 模块D近场EMI噪声及其分布特征 |
| 6.6 模块近场电磁特性影响机理 |
| 6.6.1 模块近场EMI噪声对比 |
| 6.6.2 buck电路条件下模块开关瞬态波形特征对近场EMI噪声影响 |
| 6.6.3 boost电路条件下模块开关瞬态波形特征对近场EMI噪声影响 |
| 6.6.4 共源路径方案及其模块结构设计对近场电磁特性的影响 |
| 6.7 本章小结 |
| 第7章 结论及展望 |
| 7. 1本论文工作总结 |
| 7.2 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学期间所取得的科研成果 |
（2）高功率宽范围LLC谐振变换器研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景与意义 |
| 1.1.1 选题背景 |
| 1.1.2 选题意义 |
| 1.2 宽增益范围LLC变换器的发展现状 |
| 1.2.1 拓扑选择 |
| 1.2.2 基于原边拓扑变换的LLC变换器增益范围拓展 |
| 1.2.3 基于副边拓扑变换的LLC变换器增益范围拓展 |
| 1.2.4 基于变模态的宽增益范围技术与应用 |
| 1.3 高电压输入LLC变换器的相关研究 |
| 1.4 大电流输出LLC变换器的相关研究 |
| 1.5 本课题主要内容 |
| 1.5.1 研究方向 |
| 1.5.2 工作内容 |
| 1.5.3 主要贡献 |
| 第2章 全桥LLC变换器的宽范围柔性变模态技术 |
| 2.1 LLC变换器的理论分析支持 |
| 2.1.1 工作原理及网络模型 |
| 2.1.2 状态转移模型 |
| 2.1.3 损耗分析模型 |
| 2.2 基于计算机实时仿真系统的辅助平台 |
| 2.3 FB-LLC宽范围平滑柔性变模态控制 |
| 2.3.1 子模态控制策略 |
| 2.3.2 子模态工作特性 |
| 2.3.3 柔性平滑变模态控制 |
| 2.4 实验结果 |
| 2.4.1 子模态实验波形 |
| 2.4.2 系统全范围工作特性 |
| 2.4.3 系统工作效率 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 箝位桥组合型LLC变换器及其宽范围控制 |
| 3.1 三电平箝位桥组合型LLC变换器拓扑 |
| 3.1.1 二极管箝位桥特性分析 |
| 3.1.2 基于箝位桥的LLC变换器拓扑 |
| 3.2 DCBP-LLC的宽范围变模态控制 |
| 3.2.1 DCBP-LLC的 FB-LLC等效控制模式 |
| 3.2.2 DCBP-LLC的多电平斩波控制模式 |
| 3.2.3 DCBP-LLC的变模态控制 |
| 3.3 DCBP-LLC多电平模式特性分析 |
| 3.3.1 多电平模式增益特性 |
| 3.3.2 软开关特性 |
| 3.3.3 电流分布特性 |
| 3.3.4 箝位二极管工作特性 |
| 3.4 实验结果 |
| 3.4.1 FB-LLC等效模式实验波形 |
| 3.4.2 多电平模式实验波形 |
| 3.4.3 系统工作范围及效率 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 多模态LLC变换器功率拓展及多通道优化 |
| 4.1 LLC变换器功率拓展 |
| 4.1.1 功率拓展基本方法 |
| 4.1.2 高功率充电机方案实例 |
| 4.2 多通道STL-LLC的多模态优化控制 |
| 4.2.1 多通道LLC电流分配特性 |
| 4.2.2 基于多模态的多通道交错并联 |
| 4.2.3 多通道上层优化控制 |
| 4.2.4 多模态联合的效率优化 |
| 4.3 STL-LLC的暂态过程优化 |
| 4.3.1 器件并联及暂态硬开关 |
| 4.3.2 基于多模态的优化启动 |
| 4.4 实验结果 |
| 4.4.1 STL-LLC样机设置 |
| 4.4.2 STL-LLC样机测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于变模态LLC的高效率多级变换器 |
| 5.1 两级式功率变换器系统 |
| 5.1.1 两级式系统架构 |
| 5.1.2 宽增益应用中FB-LLC与 PSFB对比 |
| 5.2 含宽范围LLC的两级式系统优化 |
| 5.2.1 两级式系统的优化模型 |
| 5.2.2 两级式系统的示例特性 |
| 5.2.3 两级式系统的优化设计 |
| 5.3 实验结果 |
| 5.3.1 示例系统运行模式 |
| 5.3.2 示例系统运行效率 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 本文工作总结 |
| 6.2 后续研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间成果附录 |
（3）基于SiC MOSFET并联的车载复用变换器及其传导EMI特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 车载复用变换器研究现状概述 |
| 1.2.1 逆变器-电动机与OBC复用研究现状 |
| 1.2.2 DC/DC变换器与OBC复用研究现状 |
| 1.3 SiC功率器件并联均流研究现状 |
| 1.3.1 SiC器件并联瞬态不均流机理 |
| 1.3.2 SiC器件并联布局优化研究现状 |
| 1.3.3 SiC器件并联强制均流研究现状 |
| 1.4 SiC变换器EMI分析与抑制研究现状 |
| 1.4.1 车载变换器电磁兼容标准 |
| 1.4.2 SiC变换器EMI分析研究现状 |
| 1.4.3 SiC变换器EMI抑制研究现状 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 第2章 SiC MOSFET并联瞬态均流特性研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 车载DC/DC与 OBC复用变换器 |
| 2.3 SiC MOSFET并联瞬态均流特性理论分析 |
| 2.3.1 SiC MOSFET并联均流特性 |
| 2.3.2 一种SiC MOSFET并联方案 |
| 2.3.3 传统PCB布局瞬态不均流机理 |
| 2.3.4 改进PCB布局瞬态均流机理 |
| 2.4 SiC MOSFET并联瞬态均流优化方法 |
| 2.4.1 驱动信号传输延迟优化方法 |
| 2.4.2 改进PCB布局分隔槽尺寸优化方法 |
| 2.4.3 传统与改进PCB布局对比 |
| 2.5 SiC MOSFET并联均流实验研究 |
| 2.5.1 固有器件参数差异分析 |
| 2.5.2 瞬态均流特性实验验证 |
| 2.5.3 短路均流特性实验验证 |
| 2.5.4 稳态均流特性实验验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 车载复用变换器传导干扰特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 复用变换器传导干扰源频谱特性 |
| 3.2.1 理想梯形波频谱特性 |
| 3.2.2 SiC器件开关电压频谱特性 |
| 3.3 复用变换器传导干扰耦合路径阻抗特性 |
| 3.3.1 直流电容与共模电容阻抗特性 |
| 3.3.2 屏蔽电缆与连接线缆阻抗特性 |
| 3.3.3 功率电感阻抗特性 |
| 3.4 DC/DC模式传导干扰特性 |
| 3.4.1 单路Boost模式传导干扰特性分析 |
| 3.4.2 单路Boost模式传导干扰特性验证 |
| 3.4.3 三相交错Boost模式传导干扰特性分析 |
| 3.4.4 三相交错Boost模式传导干扰特性验证 |
| 3.5 OBC模式传导干扰特性 |
| 3.5.1 OBC网侧传导干扰特性分析 |
| 3.5.2 OBC网侧传导干扰特性验证 |
| 3.5.3 OBC电池侧传导干扰特性分析 |
| 3.5.4 OBC电池侧传导干扰特性验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 车载复用变换器传导干扰抑制研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 功率电感器设计与绕线优化 |
| 4.2.1 功率电感器设计 |
| 4.2.2 功率电感器绕线优化 |
| 4.3 DC/DC模式传导干扰抑制 |
| 4.3.1 单路Boost传导干扰抑制 |
| 4.3.2 三相交错Boost传导干扰抑制 |
| 4.4 OBC模式传导干扰抑制 |
| 4.4.1 OBC网侧传导干扰抑制 |
| 4.4.2 OBC电池侧传导干扰抑制 |
| 4.5 功率电感器与EMI滤波器集成单元 |
| 4.5.1 网侧EMI滤波器设计 |
| 4.5.2 传导干扰实验验证 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 车载复用变换器实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 车载复用变换器实验样机研制 |
| 5.2.1 功率电路单元 |
| 5.2.2 控制电路单元 |
| 5.2.3 实验测试样机 |
| 5.3 车载复用变换器闭环控制系统研究 |
| 5.3.1 DC/DC模式闭环控制系统 |
| 5.3.2 OBC模式闭环控制系统 |
| 5.4 车载复用变换器实验验证 |
| 5.4.1 实验测试平台 |
| 5.4.2 DC/DC工作模式实验验证 |
| 5.4.3 OBC工作模式实验验证 |
| 5.5 车载复用变换器损耗与功率密度分析 |
| 5.5.1 各组成单元损耗、体积与重量 |
| 5.5.2 效率与功率密度优化分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（4）基于SiC器件的CR400BF型动车组车载隔离型逆变器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 隔离型单相逆变器的研究现状 |
| 1.2.2 SiC功率器件的研究现状 |
| 1.2.3 单相逆变器控制策略的研究现状 |
| 1.3 本文主要工作与章节安排 |
| 1.3.1 主要工作 |
| 1.3.2 章节安排 |
| 第二章 前级全桥LLC谐振变换器原理分析与设计 |
| 2.1 全桥LLC谐振变换器电路结构 |
| 2.2 全桥LLC谐振变换器建模与工作原理分析 |
| 2.2.1 基于基波分析法的等效电路模型 |
| 2.2.2 等效电路直流电压增益与工作区域分析 |
| 2.2.3 全桥LLC谐振变换器工作过程分析 |
| 2.2.4 开关管ZVS实现条件分析 |
| 2.3 全桥LLC谐振变换器参数设计 |
| 2.3.1 主功率器件选型 |
| 2.3.2 谐振腔元件参数计算 |
| 2.4 全桥LLC谐振变换器仿真验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 后级全桥逆变电路建模与控制策略研究 |
| 3.1 单相全桥逆变器主电路建模 |
| 3.2 输出LC滤波电路参数设计 |
| 3.3 单相逆变器双闭环控制模型及其经典控制器设计 |
| 3.3.1 逆变器双闭环控制模型及其控制思路分析 |
| 3.3.2 传统PI电压外环与PI电流内环双闭环控制器设计 |
| 3.4 基于分数阶PI~λ控制的电流内环控制策略 |
| 3.4.1 分数阶PI~λ控制概述 |
| 3.4.2 分数阶PI~λ控制器设计 |
| 3.4.3 分数阶积分算子的实现方法 |
| 3.5 基于改进PR控制的电压外环多重复合控制策略 |
| 3.5.1 改进PR控制概述 |
| 3.5.2 改进PR控制器参数分析 |
| 3.5.3 基于改进PR控制的电压外环多重复合控制器设计 |
| 3.6 单相逆变器双闭环控制策略仿真验证 |
| 3.6.1 基于Matlab/Simulink平台的仿真模型搭建 |
| 3.6.2 传统PI-PI双闭环控制仿真结果 |
| 3.6.3 内环分数阶PI~λ控制与外环改进PR多重复合控制仿真结果 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 硬件电路与软件系统设计 |
| 4.1 硬件电路设计 |
| 4.1.1 后级功率器件选型 |
| 4.1.2 高频变压器设计 |
| 4.1.3 辅助电源 |
| 4.1.4 驱动电路 |
| 4.1.5 采样电路 |
| 4.1.6 主控制器选择 |
| 4.2 软件系统设计 |
| 4.2.1 控制系统软件 |
| 4.2.2 主程序 |
| 4.2.3 A/D采样 |
| 4.2.4 SPWM波生成 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 实验结果与分析 |
| 5.1 实验平台 |
| 5.2 MOSFET驱动测试 |
| 5.3 全桥LLC谐振电路升压实验 |
| 5.4 逆变器整机测试 |
| 5.4.1 逆变器软启动 |
| 5.4.2 稳态性能测试 |
| 5.4.3 动态性能测试 |
| 5.4.4 温升测试 |
| 5.4.5 效率测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（5）宽禁带半导体高速磁隔离驱动技术研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 SiC半导体器件和Si半导体器件的性能对比 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.4 隔离的概念及方案对比 |
| 1.4.1 光耦隔离方案 |
| 1.4.2 电容隔离方案 |
| 1.4.3 磁耦隔离方案 |
| 1.5 课题研究的主要内容 |
| 第二章 宽禁带半导体的模型分析 |
| 2.1 SiC MOSFET的基本结构 |
| 2.2 SiC MOSFET的器件特性研究 |
| 2.2.1 静态特性 |
| 2.2.2 动态特性 |
| 2.3 寄生参数对开关特性的影响 |
| 2.3.1 寄生电感的影响 |
| 2.3.2 开关损耗分析 |
| 2.4 栅极驱动建模和驱动电阻的设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 高速磁隔离驱动及保护信号双向传输 |
| 3.1 驱动电路设计的基本要求 |
| 3.2 磁隔离信号变压器的设计 |
| 3.2.1 信号变压器的模型建立与参数分析 |
| 3.2.2 信号变压器共模干扰抑制 |
| 3.2.3 不同类型信号变压器的性能分析与设计 |
| 3.3 窄脉冲信号产生的方法 |
| 3.3.1 微分调制电路 |
| 3.3.2 改进式同步脉冲群调制电路 |
| 3.3.3 施密特解调电路 |
| 3.4 共享磁隔离变压器故障信号反馈 |
| 3.4.1 磁隔离信号双向传输 |
| 3.4.2 磁隔离信号反馈电路 |
| 3.4.3 原边检测电路设计 |
| 3.5 基于Saber软件的仿真与实验结果 |
| 3.5.1 磁隔离信号双向传输Saber仿真 |
| 3.5.2 调制解调实验验证 |
| 3.5.3 磁隔离故障反馈实验验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 驱动电路的保护 |
| 4.1 短路故障分析 |
| 4.1.1 过流保护 |
| 4.1.2 短路保护 |
| 4.1.3 退饱和检测原理 |
| 4.1.4 带消隐时间的退饱和检测方法 |
| 4.2 软关断 |
| 4.3 过压保护 |
| 4.3.1 栅源过压故障原因分析 |
| 4.3.2 米勒钳位电路 |
| 4.3.3 漏源过压故障原因分析 |
| 4.3.4 改进式有源钳位电路 |
| 4.4 欠压保护 |
| 4.5 过温保护 |
| 4.5.1 温度变化对SiC MOSFET的影响 |
| 4.5.2 过温保护电路的设计 |
| 4.6 基于Saber软件下仿真与实验 |
| 4.6.1 仿真验证 |
| 4.6.2 短路保护实验 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 半桥结构中SIC MOSFET的串扰电压研究 |
| 5.1 半桥结构电路的等效模型 |
| 5.2 SiC MOSFET寄生参数对串扰的影响 |
| 5.2.1 米勒电容位移电流对桥臂串扰的影响 |
| 5.2.2 共源电感对桥臂串扰的影响 |
| 5.3 驱动电路布局的优化及控制方法的改进 |
| 5.3.1 电路布局的优化 |
| 5.3.2 变栅极电压控制策略 |
| 5.4 基于Saber仿真与实验验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 日后展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术活动及成果清单 |
| 1)发表的学术论文(含专利) |
（6）基于GaN LCLC谐振的高升压比DC/DC变换器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 谐振变换器的发展与研究现状 |
| 1.2.2 平面变压器的国内外研究历史与现状 |
| 1.3 本文的主要工作与创新 |
| 本文的结构安排 |
| 第二章 GaN器件特性分析及驱动电路的设计 |
| 2.1 GaN器件特性与结构分析 |
| 2.2 GaN器件损耗分析及其驱动电路设计 |
| 2.2.1 GaN器件参数与导通机理分析 |
| 2.2.2 GaN HEMT损耗分析 |
| 2.2.3 驱动电路分析与设计 |
| 2.3 GaN HEMT双脉冲实验 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 平面变压器的设计 |
| 3.1 平面变压器的损耗计算 |
| 3.2 平面变压器的设计 |
| 3.3 平面变压器中谐振参数建模 |
| 3.3.1 漏感建模与仿真 |
| 3.3.2 寄生电容建模 |
| 3.3.3 平面变压器的结构优化与参数提取 |
| 3.4 平面变压器的测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 LCLC谐振变换器的电路分析与研究 |
| 4.1 LCLC谐振变换器的模态分析 |
| 4.2 LCLC谐振腔的基波分析 |
| 4.2.1 LCLC谐振变换器阻抗与增益的分析 |
| 4.2.2 LCLC谐振变换器元件应力研究 |
| 4.3 LCLC谐振变换器与LLC及LCC的比较 |
| 4.3.1 LLC与LCLC的比较 |
| 4.3.2 LCC与LCLC的比较 |
| 4.3.3 三阶谐振变换器与四阶谐振变换器之间的关系 |
| 4.4 LCLC谐振变换器ZVS条件研究 |
| 4.4.1 ZVS的相位条件 |
| 4.4.2 ZVS的死区时间条件 |
| 4.5 LCLC谐振变换器性质的实验验证 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于LCLC谐振的高升压比DC/DC模型的建立 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于RCFMA方法的DC/DC模型 |
| 5.2.1 倍压整流电路的分析 |
| 5.2.2 基于LCLC谐振的高升压比DC/DC模型 |
| 5.2.3 RCFMA模型验证 |
| 5.2.4 基于LCLC谐振的高升压比DC/DC的设计 |
| 5.3 样机搭建 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（7）基于GaN HEMT的高频双向DC/DC变换器研究与设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 GaN HEMT及应用的国内外研究现状 |
| 1.2.1 高压GaN HEMT器件结构及驱动电路的研究现状 |
| 1.2.2 高压GaN HEMT器件开关特性研究现状 |
| 1.2.3 高压GaN HEMT的应用现状及发展趋势 |
| 1.3 本文的研究内容与创新 |
| 1.4 本论文的结构安排 |
| 第二章 高压GaN HEMT器件结构分析与驱动设计 |
| 2.1 高压GaN HEMT器件结构分析 |
| 2.1.1 Cascode增强型GaN HEMT器件结构 |
| 2.1.2 增强型单体GaN HEMT器件结构分析 |
| 2.1.2.1 p-GaN肖特基栅型GaN HEMT |
| 2.1.2.2 p GaN欧姆接触栅型GaN HEMT |
| 2.2 高压功率器件性能参数与对比 |
| 2.3 pGaN欧姆接触栅型GaN HEMT驱动设计 |
| 2.3.1 电流驱动型GaN HEMT的驱动要求 |
| 2.3.2 电流驱动电路的设计 |
| 2.4 pGaN欧姆接触栅型GaN HEMT驱动改进优化 |
| 2.4.1 p-GaN栅型GaN HEMT差分驱动 |
| 2.5 驱动器实验波形分析与验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 GaN HEMT开关过程测试与串扰分析 |
| 3.1 功率器件双脉冲测试原理 |
| 3.1.1 双脉冲测试电路设计 |
| 3.1.2 双脉冲测试设备要求及注意事项 |
| 3.2 双脉冲测试实验波形分析对比 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 高频双向DC/DC研究与设计 |
| 4.1 准谐振同步整流Buck/Boost拓扑 |
| 4.2 准谐振QR软开关ZVS开通原理 |
| 4.2.1 buck-Boost变换器设计 |
| 4.3 高频双向DC/DC实验分析 |
| 4.3.1 基于Si C MOSFET的双向Buck/Boost实验波形分析 |
| 4.3.2 基于GaN HEMT的双向Buck/Boost实验波形分析 |
| 4.3.3 基于GaN HEMT的双向Buck/Boost高频实验波形分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 全文总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（8）基于碳化硅的锂电池模组交流阻抗谱检测用变频电流源研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.1.1 新能源汽车产业发展 |
| 1.1.2 退役动力电池的研究意义 |
| 1.1.3 交流阻抗谱的应用 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文主要内容及结构安排 |
| 第二章 系统设计 |
| 2.1 总体设计方案 |
| 2.1.1 电源设计要求 |
| 2.1.2 系统结构设计 |
| 2.2 控制方法 |
| 2.2.1 控制策略对比 |
| 2.2.2 系统稳定性分析 |
| 2.3 调制方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 软硬件设计 |
| 3.1 硬件电路设计 |
| 3.1.1 主电路设计 |
| 3.1.2 控制电路设计 |
| 3.1.3 驱动电路设计 |
| 3.2 软件程序设计 |
| 3.2.1 主程序设计 |
| 3.2.2 电流跟踪算法 |
| 3.2.3 通讯程序设计 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 SIC MOSFET应用难点研究 |
| 4.1 SIC MOSFET开关过程分析 |
| 4.2 EMI问题分析 |
| 4.3 优化驱动电阻 |
| 4.4 直流侧串联滤波器 |
| 4.5 优化主控制板PCB |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 仿真及实验结果分析 |
| 5.1 仿真模型搭建及结果分析 |
| 5.1.1 仿真模型与说明 |
| 5.1.2 仿真结果分析 |
| 5.2 实验结果及分析 |
| 5.2.1 过流保护测试 |
| 5.2.2 SiC MOSFET驱动测试 |
| 5.2.3 电源输出电流 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间学术活动及成果清单 |
（9）18V/1000A电镀电源的研究与设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 电镀电源发展与研究现状 |
| 1.3 软开关技术研究现状 |
| 1.4 同步整流技术研究现状 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 2 低压大电流电镀电源分析 |
| 2.1 移相全桥ZVS工作原理 |
| 2.2 大功率同步整流技术 |
| 2.2.1 工作原理分析 |
| 2.2.2 同步整流损耗分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 同步整流移相全桥变换器 |
| 3.1 移相全桥ZVS分析 |
| 3.2 同步整流技术分析 |
| 3.2.1 同步整流驱动方式 |
| 3.2.2 同步整流的驱动时序 |
| 3.2.3 同步MOSFET电压振荡 |
| 3.2.4 削弱电压振荡的方法 |
| 3.3 小信号分析 |
| 3.3.1 BUCK变换器小信号建模 |
| 3.3.2 移相全桥同步整流变换器小信号建模 |
| 3.3.3 PID控制方法 |
| 3.4 多模块并联均流问题研究 |
| 3.4.1 多模块并联模型 |
| 3.4.2 虚拟阻抗的自均流方法 |
| 3.4.3 改进型虚拟阻抗均流方法 |
| 3.5 仿真分析 |
| 3.5.1 仿真参数 |
| 3.5.2 仿真结果分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 系统设计 |
| 4.1 硬件系统总体方案设计 |
| 4.2 输入整流滤波部分设计 |
| 4.2.1 三相整流桥选择 |
| 4.2.2 滤波电容选择 |
| 4.3 逆变参数 |
| 4.3.1 移相全桥IGBT选择 |
| 4.3.2 高频变压器设计 |
| 4.3.3 谐振电感设计 |
| 4.4 输出整流滤波设计 |
| 4.4.1 同步整流MOSFET选择 |
| 4.4.2 滤波电路设计 |
| 4.5 驱动电路设计 |
| 4.6 软件设计 |
| 4.6.1 主程序流程图 |
| 4.6.2 AD采样中断服务流程图 |
| 4.6.3 PI控制流程图 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 实验分析 |
| 5.1 实验结果分析 |
| 5.2 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 全文工作总结 |
| 6.2 后续工作及展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
| 致谢 |
（10）SiC MOSFET驱动电路研究与设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 SiC MOSFET基本特性研究及驱动电路设计 |
| 2.1 SiC MOSFET基本特性 |
| 2.1.1 导通特性 |
| 2.1.2 阻断特性 |
| 2.1.3 开关特性 |
| 2.1.4 驱动特性 |
| 2.2 驱动电路设计 |
| 2.2.1 碳化硅MOSFET驱动要求 |
| 2.2.2 碳化硅MOSFET驱动电路保护 |
| 2.2.3 驱动电路设计 |
| 2.3 双脉冲测试实验 |
| 2.3.1 双脉冲测试基本原理 |
| 2.3.2 双脉冲驱动测试实验 |
| 2.3.3 SiC MOSFET与 Si MOSFET动态特性对比 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 SiC MOSFET器件开关过程尖峰与振荡问题研究 |
| 3.1 SiC MOSFET器件开关过程尖峰与振荡问题产生原理分析 |
| 3.2 电压电流尖峰、振荡问题的抑制方法 |
| 3.2.1 传统RCD吸收电路 |
| 3.2.2 典型有源驱动抑制方法 |
| 3.3 改进驱动电路抑制方法 |
| 3.3.1 改进驱动电路工作原理 |
| 3.3.2 改进驱动电路参数设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 桥式电路串扰问题研究 |
| 4.1 串扰问题原理分析 |
| 4.2 串扰问题的抑制方法 |
| 4.2.1 无源抑制方法 |
| 4.2.2 有源抑制方法 |
| 4.3 改进有源驱动电路抑制方法 |
| 4.3.1 改进有源驱动电路基本原理 |
| 4.3.2 改进有源驱动电路参数设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 驱动电路优化后实验验证 |
| 5.1 抑制电压电流尖峰、振荡性能验证 |
| 5.2 抑制串扰性能验证 |
| 5.3 同步Buck变换器样机制作 |
| 5.3.1 同步Buck电路工作原理及模式 |
| 5.3.2 同步Buck电路主要参数设计 |
| 5.3.3 实验验证与损耗分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
四、高频MOSFET并联运行及驱动特性研究（论文参考文献）
- [1]碳化硅功率模块高速开关及近场电磁特性研究[D]. 张茂盛. 浙江大学, 2021
- [2]高功率宽范围LLC谐振变换器研究[D]. 缪哲语. 浙江大学, 2021(09)
- [3]基于SiC MOSFET并联的车载复用变换器及其传导EMI特性研究[D]. 曲建真. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [4]基于SiC器件的CR400BF型动车组车载隔离型逆变器研究[D]. 袁路涛. 石家庄铁道大学, 2021(01)
- [5]宽禁带半导体高速磁隔离驱动技术研究[D]. 张政江. 合肥工业大学, 2021
- [6]基于GaN LCLC谐振的高升压比DC/DC变换器的研究[D]. 王润泽. 电子科技大学, 2021(01)
- [7]基于GaN HEMT的高频双向DC/DC变换器研究与设计[D]. 金寿东. 电子科技大学, 2021(01)
- [8]基于碳化硅的锂电池模组交流阻抗谱检测用变频电流源研究[D]. 檀立兵. 合肥工业大学, 2021(02)
- [9]18V/1000A电镀电源的研究与设计[D]. 江瀛. 西华大学, 2021(02)
- [10]SiC MOSFET驱动电路研究与设计[D]. 王文月. 天津工业大学, 2021(01)