苏娟[1]2003年在《高频功率MOSFET驱动电路及并联特性研究》文中进行了进一步梳理目前，用于晶体生长的区熔式单晶炉配套使用的是国外进口或国内生产的真空电子管式高频感应加热电源，存在诸如可靠性差、电子管使用寿命短、操作不安全、变换效率低等问题。由于工作频率非常高(1MHz～2.5MHz)，现有技术成熟的大容量全固态感应加热电源几乎无法满足要求。因此，设计并生产超高频的全固态感应加热电源变得尤为重要。本课题就是基于这种需要，研究背景选定为高频(1MHz～2.5MHz)情况下采用功率MOSFET为主器件的多管并联逆变电源，因此高频情况下的功率MOSFET的驱动电路以及在并联时出现的问题成为主要的研究对象，这些为以后电源装置的设计调试、减少器件成本及提高工作效率提供良好的前期准备。 本文主要研究高频功率MOSFET的驱动电路和在动态开关模式下的并联均流特性。首先简要介绍功率MOSFET的基本工作原理及静态及动态特性，然后根据功率MOSFET对驱动电路的要求，对驱动电路进行了参数计算并且选择应用了实用可靠的驱动电路。此外，对功率MOSFET在兆赫级并联由于不同的参数影响而引起的电流分配不均衡问题做了仿真研究及分析。最后采用实验方法对兆赫级功率MOSFET双管并联在动态开关模式下的均流特性进行研究并采用了一些行之有效 西安理工大学硕士学位论文的措施使得电流分配基本均衡。 实验证明，实验采用的均流措施是非常有效的，取得了良好的均流效果。
沈刚[2]2004年在《高频感应加热电源频率跟踪控制电路的研究》文中研究说明目前，国内用于晶体生长的区熔式单晶炉配套使用的是国外进口或国内生产的真空电子管式高频感应加热电源，存在诸如可靠性差、电子管使用寿命短、操作不安全、变换效率低等问题。由于工作频率非常高(1MHz～3MHz)，现有技术成熟的大容量全固态感应加热电源几乎无法满足要求。因此，设计并生产高频全固态感应加热电源变得尤为重要。本课题就是基于这种需要，研究高频(1MHz～3MHz)情况下采用功率MOSFET为主开关器件的串联逆变电源的频率跟踪控制电路，因此高频情况下功率MOSFET的驱动电路、频率跟踪电路以及功率调节电路等成为主要的研究对象，这些为以后电源装置的设计调试、减少器件成本及提高工作效率提供良好的前期准备。 本文主要研究高频功率MOSFET的驱动电路、频率跟踪电路以及功率调节电路。首先简要介绍了高频功率MOSFET的驱动特点以及驱动电路参数的计算，然后根据实际情况选择并设计了实用可靠的驱动电路。其次，对高频串联逆变电源的功率调节问题进行了详细地讨论，并仔细地研究了高频情况下移相调功的问题。最后采用锁相环方式设计实现频率跟踪电路，以及西安理工大学硕士学位论文电源装置的相关保护电路和电流、电压调节电路的设计实现等。实验证明，以上分析和电路设计都是行之有效的，在实验中取得了良好的效果。
尹伟[3]2014年在《纯电动汽车电机控制器的研究》文中指出随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高,汽车已经成为人们日常生活中重要的代步工具。传统燃油汽车对石油资源需求的增加以及带来的环境问题已日益引起人们的关注。电动汽车在行驶过程中具有无尾气排放、能量效率高、噪声低、可回收利用能量多等优点,电动汽车的发展可有效解决交通能源消耗和环境污染问题。本文针对轻型电动轿车用电机控制器进行了研究,开发一款具有完善硬件保护功能、可靠的散热结构、低成本的电动汽车电机控制器。首先选择相对简单的直流有刷电机控制器进行研究,以对功率模块硬件电路设计、散热器设计、控制策略开发以及各种软硬件保护等关键技术进行分析,以此为基础,设计开发交流异步电机控制器。本文首先分析了电动汽车电机控制器的研究背景、研究意义以及发展趋势,并确定研究方向。通过对功率器件的比较分析最终确定采用功率MOSFET作为功率开关。介绍分析了功率MOSFET并联均流特性,针对功率MOSFET特点,采用电路仿真软件NI Multisim研究影响功率MOSFET并联均流的因素,根据仿真结果设计了采用功率MOSFET并联形式的电动汽车功率模块。同时设计了功率模块驱动以及各种硬件保护电路。其次,由于功率MOSFET在开关过程中会产生损耗,并以热量的形式散发出去,如果散热不好,会烧坏功率MOSFET。现阶段关于电动汽车功率器件散热器设计方面的研究比较少,本文分析了功率MOFET散热路径,计算分析了散热器热阻,并采用电子设备热分析软件Qfin4仿真设计合理的散热器。第叁、课题设计了完善的硬件控制电路,采用汽车级的飞思卡尔16位单片机MC9S12XEP100作为微控制器,开发了针对他励电机的控制策略,并做了大量实验验证。最后根据开发直流电机控制器的经验,结合交流异步电机的特点,设计开发一款具有完善硬件保护功能、可靠的散热结构、低成本的纯电动汽车交流异步电机控制器。
沈海明[4]2008年在《基于DSP的400kHz的大功率高频感应加热电源研究》文中研究指明本文以感应加热电源为研究对象,简单介绍了感应加热电源技术的基本原理、分类以及发展趋势。对感应加热电源逆变侧常用的两种拓扑结构进行了分析,对电流型逆变器和电压型逆变器作了比较分析,并根据本设计要求进行了选择,又分析了感应加热电源的各种调功方式。例举了整流侧调功和逆变侧调功的几种常用方法,在对比分析几种功率调节方式的基础上,提出了整流侧斩波调功的方法。鉴于硬开关方式带来的损耗,设计了软开关buck斩波电路,并提出了基于DSP的数字PI调节方法。同时设计了电流闭环控制系统,将感应加热电源的功率控制问题转化为Buck斩波器的电流控制问题。另外,按照感应加热电源大功率化的要求,斩波环节设计了多重化的结构,也使得斩波输出电流更平稳,谐波分量更小。最后,还分析了感应加热电源逆变器工作原理,针对感应加热逆变器必须工作在谐振状态下,且频率高达400kHz的特点,设计了专门的高速驱动电路,并分析了锁相环的基本原理,利用集成锁相环器件CD4046设计了逆变器频率跟踪系统,使逆变器始终保持在功率因数近似为1的状态下工作,实现电源的高效运行。本文第五章设计了一台20KW的软开关斩波调功的感应加热电源实验样机,其中斩波器频率为50kHz,逆变器工作频率为400kHz,控制核心采用TI公司的TMS320F2812DSP控制芯片,简化了系统结构。实验结果表明,软开关斩波可以明显减小开关损耗,多重化斩波可以有效减小斩波输出电流谐波分量。文章给出了整机的结构设计,直流斩波部分控制框图,逆变控制框图,驱动电路的设计和保护电路的设计。同时给出了关键电路的仿真和实验波形。论文最后,对本课题所做的工作做了一个简单的总结。
周庆红[5]2005年在《高频感应加热逆变电源扩容技术的研究》文中研究说明感应加热是利用电磁感应原理对工件进行加热的一种装置,其功率密度在被加热工件内的分布可方便地通过频率的选择和感应线圈的合理设计而得到。各种新型自关断器件工艺的日渐成熟,为高频感应加热电源的实现提供了元件基础,近年来高频感应加热电源在工业上已得到越来越广泛的应用。目前在研究和开发高频电源的同时,装置功率容量的提高也是亟待解决的问题之一。本文以满足单晶硅工艺生产需要为出发点,研究探讨基于功率MOSFET主器件、工作频率为1MHz-2. 5MHz范围的高频感应加热电源功率容量的提高问题。本文首先对几种常见的适合高频的主电路拓扑结构进行比较,选择了ZVS串联谐振逆变器作为主回路拓扑结构;为了提高负载品质因数,对负载补偿元件参数进行了计算:接着对新型自关断器件功率MOSFET的结构和工作原理进行了简单的介绍,给出了功率MOSFET开关及导通期间允许功耗的详细计算方法,并结合器件特性对其驱动电路利缓冲电路进行了研究和设计;从提高逆变电源输出功率的角度出发,本文对兆赫级工作频率下的功率MOSFET双管并联、叁管乃至多管并联时电流分配不均问题进行了理论分析、仿真,给出了引线电感的计算方法,分析了引线电感对开关器件工作状态的影响,提出了一套行之有效的均流措施,并对双管和叁管并联进行了实验验证:最后将锁相环路与主电路结合起来并辅助缓冲环节对感应加热电西女理工人学倾卜学位论文源进行了总体设计用l仿真,为今后该类电源装置的设计调试提供了良好的前期准备。关键i司:高频串联i皆振逆变器多管并联扩容主:本课题研究背景为陕西省科技研究发展计划项日(200 IKO6一G4)
余娟[6]2005年在《功率MOSFET应用研究及主电路设计》文中研究表明磁控溅射技术是目前先进的镀膜技术,本文在分析磁控溅射工艺背景的基础之上根据靶极电源的指标要求,确定倍流整流方式ZVS PWM直流变换器作为其靶极电源的主电路并针对电源输出电压高的难点,通过引入叁电平直流变换器(半桥)拓扑,进行了参数设计并进行仿真,取得较理想的效果。根据靶极电源的频率与功率要求,选择功率MOSFET作为磁控溅射靶极电源主功率开关器件,论文介绍了功率MOSFET的驱动特点及驱动参数计算,根据实际情况设计了MOSFET驱动电路。针对MOSFET电流扩容要求,从理论上分析了影响MOSFET并联动静态不均流的各种因素,提出了相应的解决措施,并进行了仿真分析。针对MOSFET工作过程中出现的电压、电流尖峰和大的开关损耗问题,本文首先从理论上分析了MOSFET逆变桥缓冲电路的工作原理,推导出缓冲电路各元件的参数计算公式,讨论了缓冲电路各元件参数、负载性质以及开关频率等对关断电压波形的影响并进行了仿真分析。
李刚[7]2016年在《碳化硅MOSFET器件建模及一体化驱动技术研究》文中研究说明碳化硅(Silicon Carbide,SiC)因其具有宽禁带、高击穿电场、高热导率和高载流子饱和速率等优点,已成为第叁代功率半导体材料的典型代表,特别是SiC功率MOSFET以其高频、耐高温、低导通电阻等优点成为研究的热点。现有的器件模型主要是基于Spice搭建,难以应用于系统级仿真,且由于材料的存在差异,导致Si基功率MOSFET驱动电路难以发挥出SiC功率器件的优势,因此建立基于系统仿真软件Simulink的SiC功率MOSFET精确模型、设计满足SiC功率MOSFET驱动特性要求的高速隔离驱动电路,对SiC器件的广泛应用具有重要意义。本文首先介绍了N沟道增强型VDMOSFET的基本结构和工作原理,在此基础上利用基于Agilent B1505A功率半导体分析仪的高温测试平台,对ST公司的SiC功率MOSFET SCT20N120静态特性进行测试。为了满足建立全工作区精确的器件模型需求,本文设计了补充测试系统,搭建了测试平台,对SCT20N120的输出特性和转移特性进行了补充测试,为器件建模提供了全面、准确的数据支撑,该方法对其它功率半导体器件相关参数提取具有重要指导作用与借鉴意义。其次,通过理论分析建立了一种基于传统Si基横向双注入MOSFET静态特性的SiC功率MOSFET半物理静态模型,详细阐述了MOS核心单元、漏极电流Id补偿和阈值电压Vth补偿建模过程,给出了基于测试数据的模型参数提取方法,建立了完整的SiC功率MOSFET静态模型。在分析了简化的MOSFET栅极等效电路和SiC功率MOSFET开关过程的基础上,建立了SiC功率MOSFET动态解析模型,对所建立的模型进行仿真验证,分析其精确度。再次,在对比相同容量的SiC功率MOSFET和传统Si基功率MOSFET相关参数基础上,给出了SiC功率MOSFET驱动电路设计要求。分析了等效驱动电路,对比分析了不同的隔离方法和功率放大电路,设计了光耦隔离驱动电路和脉冲变压器隔离驱动电路,详细介绍了驱动电路工作原理和关键器件选型,并采用双脉冲测试方法对所设计的驱动电路进行实验验证。最后,搭建了适用于Simulink应用的器件系统级仿真模型,通过对比仿真与实测数据,验证了所建模型的精确性。在双脉冲测试平台上对所设计的两种驱动电路性能进行了测试,分析了栅极驱动电阻对驱动性能的影响,并对两种驱动电路特性进行了对比分析,验证了驱动电路的可行性。
李建文[8]2011年在《大容量高频谐振逆变器关键技术的研究》文中研究说明大容量高频谐振逆变器电源广泛应用在工业领域的透热、熔炼、铸造、轧钢淬火、回火、退火、焊接、烘干等场合,这可以满足绝大多数工业热处理的要求,对国民经济发展有很大的推动作用。大容量高频谐振逆变器包含了大容量高频谐振逆变器主电路拓扑研究、负载匹配研究、扩容技术研究、驱动电路设计、锁相环电路设计以及涉及到高频、高效应用的软开关关键技术的研究。国内对大容量高频谐振逆变器电源研究起步较晚,技术相对落后,同时许多在中频和超音频下可以忽略的问题,在大容量、高频下不可忽略。本文在河北省自然科学基金“大容量高频DC-AC逆变器软开关技术”(No.E2009000714)支持下,研究了大容量高频谐振逆变器中的关键技术,设计研制出了一体化电源样机,包含的主要内容和成果如下：1.将有限双极性控制方法应用在电压型谐振逆变电源中,实现了功率器件的软开关,减少了功率器件的开关损耗；完成了功率的调节,且功率调节范围宽；输出电流近似为正弦波且连续。2.电流型谐振逆变器直流侧采用大电感滤波,容易并联扩容,负载匹配方法灵活,易于负载调功。通过主电路拓扑串联的小电感以及并联电容的改进,解决了过压、电流上升率过快以及密勒电容效应的问题,提高了功率器件开关速度,并保证了主电路工作的稳定性。3.设计出叁阶CLC负载槽路,取代高频匹配变压器,实现高效、低成本的负载匹配。通过调节储能电容值的大小,来调节输出功率和频率的大小,使电源输出功率、频率的范围变宽,降低了功率开关管选择要求；通过开关频率的改变以及叁阶CLC负载中电容比例的定量分析,权衡输出电流与负载线圈支路电流大小,确定小容性工作范围和输出有功功率最大值。4.综合考虑并联功率MOSFET本身参数与外围电路线路参数对开关性能的影响,通过对并联功率器件的开关过程建模、仿真,定量界定了器件参数一致性的选择范围,保证了开通的一致性,动态均流以及零电流开通；提出了一种电容箝位电路,抑制了关断过电压,降低功率损耗。给出改进的功率模块参数设计公式,计算出参数值,将其模块应用于电流型谐振逆变器进行实验,500kHz工作频率下,并联均流能达到栅源电压同步时间差小于5ns,同时实现了MOSFET软开关,降低开关损耗。5.提出了适合高频谐振逆变器中功率MOSFET的谐振电流型驱动电路,并详细分析了其工作过程,不仅实现了驱动控制电路的数字化,且具有高速、低损耗等一系列的优点。6.根据谐振逆变器所需锁相环的性能特点,设计出具有跟踪范围宽、锁相精度高,跟踪响应快,实现了us级的频率跟踪锁相速度的锁相环电路,克服了现场环境噪声影响。并设计出可控容性工作角度的全数字锁相环电路,可灵活调节容性角度,在高频电流型CLC谐振逆变器工作中具有实用性和优越性。最后将上述方案综合应用.设计出一台400kW/400kHz的大容量高频电流型谐振逆变器样机,并进行了试验研究,验证了本文所提到的控制策略和所得结论的正确性。
姜海鹏[9]2003年在《固态高频感应加热电源的研制》文中研究指明感应加热电源是利用电涡流对工件加热的一种装置，由于具有诸多优点而在工业中得到了广泛的应用。目前，国内中频电源已经非常成熟，高频电源在频率、容量等方面还有待提高。因此本文针对高频电源进行了理论分析和实验研究。 文中首先介绍了感应加热电源的工作原理并综述了国内外的研究现状。接下来分析并制定了电源主电路的构成方案：在对比几种功率调节方式的基础上选择了不控整流加斩波调压作为直流部分。在这部分里，重点研究了一种软开关BUCK变换器，通过分析各阶段的工作原理说明了开关器件如何工作在软开关状态；对于逆变器部分，在比较了串、并联逆变器优缺点的基础上选择了串联谐振逆变器，并详细分析了串联逆变器的工作原理，提出了最佳死区的计算方法。同时列举了感应加热自关断器件逆变器的一些新的发展。文中详细计算了电源主电路各部分的参数，并设计了高频变压器和感应线圈。 在逆变控制电路的具体实现中，用锁相环作为频率跟踪的核心器件，经相位调整、死区形成等环节得到两路触发信号，输入到IR2110中即可作为逆变器的驱动信号。斩波控制电路选用了SG3525，经简单处理后得到两路脉冲输入到驱动芯片中作为斩波器的驱动信号。此外，还给出了应用DSP作为核心控制芯片的电路图，它可以方便的实现功率调节及死区宽度自动调节等。 本文最后是高频电源的实验结果，大量的实验波形验证了前面的理论分析。
胡高宏[10]2005年在《功率MOSFET低温特性研究》文中研究指明早在80 年代后期,功率器件在低温下表现出来的优异特性就引起了人们的注意。其中,由于功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)在低温下可以稳定的工作,并且其反映开关损耗的重要参数通态阻抗随着温度的降低大幅度下降,所以被认为最适合工作于低温环境。本文首先搭建了功率MOSFET 主要参数在77K-300K 内的测试平台,给出了参数低温下的测试方法,实验测试了功率MOSFET 阀值电压、通态阻抗、击穿电压、转移特性、输出特性和开关特性从77K-300K 的变化。并在硅材料重要参数温度模型的基础上对功率MOSFET 重要参数的宽温区数学模型进行了数学计算,由数学计算和实验结果可以看出:低温下功率MOSFET 通态阻抗变小,开关时间缩短,跨导以及最大饱和漏极电流增大,这些变化使得功率MOSFET 低温下损耗减小,工作频率更高,栅源电压对漏极电流控制能力增强,正向偏置安全工作区增大,器件整体性能得到改善;而低温下阀值电压的增加和击穿电压的减小由于变化的幅度都不是很大,基本上对器件低温下的应用不会造成太大的影响。同时,针对不同参数的实验曲线,从半导体物理角度给出了相应的理论分析。在器件研究的基础上,研制了200W、50V/20V、开关频率25kHZ 的BUCK 电路,完成了电路中有源和无源器件常温和低温下的测试比较,实验中分别对电路工作于开环和闭环状态在常温和低温下的转换效率进行了测试,从测试结果可以看出,电路的工作效率在低温环境下提高了5 个百分点左右。
参考文献：
[1]. 高频功率MOSFET驱动电路及并联特性研究[D]. 苏娟. 西安理工大学. 2003
[2]. 高频感应加热电源频率跟踪控制电路的研究[D]. 沈刚. 西安理工大学. 2004
[3]. 纯电动汽车电机控制器的研究[D]. 尹伟. 山东大学. 2014
[4]. 基于DSP的400kHz的大功率高频感应加热电源研究[D]. 沈海明. 江南大学. 2008
[5]. 高频感应加热逆变电源扩容技术的研究[D]. 周庆红. 西安理工大学. 2005
[6]. 功率MOSFET应用研究及主电路设计[D]. 余娟. 西安理工大学. 2005
[7]. 碳化硅MOSFET器件建模及一体化驱动技术研究[D]. 李刚. 哈尔滨工业大学. 2016
[8]. 大容量高频谐振逆变器关键技术的研究[D]. 李建文. 华北电力大学（北京）. 2011
[9]. 固态高频感应加热电源的研制[D]. 姜海鹏. 西安理工大学. 2003
[10]. 功率MOSFET低温特性研究[D]. 胡高宏. 中国科学院研究生院（电工研究所）. 2005
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