sic功率器件特性与其在buck变换器中的应用研究

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1、万方数据承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：万方数据万方数据南京航空航天大学硕士学位论文摘要航空航天、电动汽车和新能源发电技术的飞速发展使得对电力电子装置的性能指标要求

2、日益提高，而电力电子器件对整个装置的性能指标具有决定性的影响。与传统基于硅半导体材料的功率器件相比，新兴碳化硅功率器件具有开关速度快、阻断电压高和耐高温工作能力强等优点，更能满足未来电力电子技术的发展要求。随着碳化硅功率器件制造技术的不断发展和成熟，其应用研究受到研究人员越来越多的关注。与硅半导体相比，碳化硅半导体的材料特性存在较大差异，因而碳化硅功率器件不能简单理解为高压硅功率器件，二者的电气特性有显著不同。为保证碳化硅功率器件的正确使用并充分发挥其特性优势，使得基于碳化硅功率器件的变换器系统能够获得更优的性能，需要对碳化硅功率器件的电气特性和参数

3、，尤其是开关特性进行深入分析和研究。本文详细分析了碳化硅肖特基二极管和MOSFET的动、静态特性，重点讨论了其与相应硅功率器件的差异，指出特性差异可能带来的实际应用问题。同时完成了通态电阻测试电路和双脉冲动态特性测试电路的样机设计与制作，实验测试与对比了碳化硅功率器件的主要特性与参数。桥臂结构电路中一个开关管快速开关瞬态产生的高电压变化率（dv/dt）会影响其互补开关管的工作，引起串扰问题，导致额外的开关损耗甚至器件失效。本文阐述了桥臂电路高频串扰问题的产生原理，结合碳化硅MOSFET的参数特点，分析了碳化硅MOSFET桥臂电路高频串扰问题的特殊性。

4、同时，介绍了硅MOSFET的常用串扰抑制方法，分析了各方法的优缺点，并采用双脉冲动态测试电路对各方法对碳化硅MOSFET桥臂电路的串扰抑制效果进行了实验测试与分析，最后优化设计了有源密勒箝位驱动电路，并进行了实验验证。最后，本文对Buck变换器的功率器件进行了损耗分析，指出了与硅功率器件相比，采用碳化硅功率器件所能取得的效率优势，完成了输出功率1kW的Buck变换器实验样机的设计制作，进行了实验验证，并讨论了保持相同效率时，采用碳化硅功率器件对Buck变换器的主要无源元件体积/重量的减小。关键词：碳化硅，肖特基二极管，MOSFET，开关特性，串扰抑制

5、I万方数据SiC功率器件特性及其在Buck变换器中的应用研究ABSTRACTThecontinuousdevelopmentofimprovedpowersemiconductorsisakeyenablingfactorforpropellingtheconstantlyincreasingdemandforhighersystemperformanceinmanypowerelectronicapplications,forinstance,aviation,electricvehicleandnewenergytechnology.Thesil

6、iconcarbide(SiC)baseddevicetechnologyhasthepotentialtobreakthroughmanyofthecurrentlimitationsassociatedwithsiliconelectronics,inparticular,thelimitationsofswitchingspeed,junctiontemperature,andpowerloss.TheSiC-basedpowerdevicesshouldnotbesimplyconsideredashighvoltagepowerdevice

7、s;therearesomedifferencesincharacteristicswhencompared.ThesedifferencesneedtobecarefullyaddressedtogetmaximumbenefitfromtheSiCpowerdevices,especiallythedifferencesinswitchingcharacteristics.Inthispaper,thedynamicandstaticcharacteristicsofSiCschottkybarrierdiode(SBD)andMOSFETare

8、analysedindetail,andthedifferencescomparedtosilicon-ba