基于碳化硅MOSFET水冷逆变电源的应用研究

【摘要】：近年来,包括碳化硅MOSFET在内的宽禁带半导体器件发展迅猛,受到学术界和工业界广泛的研究和关注。碳化硅器件损耗小,开关频率高,热稳定性强,基于碳化硅器件的电力电子装置具有高效率、高可靠性和高功率密度的优点。因此,对碳化硅器件特性建模以及实际应用问题的研究意义重大。结合具体的应用场合,本文首先研究碳化硅MOSFET的特性建模方法,分析了影响器件静态、动态特性的相关重要参数,通过参数提取,建立了适用于本文研究对象——碳化硅MOSFET半桥功率模块CAS300M12BM2的PSpice模型,并借助温控电源的形式补偿温度特性,通过静态测试和双脉冲测试证实了所建模型的正确性。本文还分析了碳化硅MOSFET损耗构成以及计算方法,并与硅基IGBT对比,探究两款器件损耗与频率、损耗与温度、损耗与驱动电阻的关系,在理论层面证明了碳化硅MOSFET在损耗和热稳定性方面的优势。随后根据理论损耗和机柜空间等设计了水冷散热器的结构,将温升的理论校核、数值模拟和实验三者的结果对比,对比两种不同形式的水冷管道优缺点,选取效果更理想散热方案。最后介绍了基于碳化硅MOSFET逆变电源的总体设计,进行整机性能测试,并与基于硅基IGBT的同类型样机对比。实验结果表明,碳化硅MOSFET逆变电源在电能变换效率、波形质量和功率密度方面优势明显。