在設(shè)計(jì)使用寬帶隙 (WBG)的電子轉(zhuǎn)換器時(shí)，高 dv/dt 瞬變是挑戰(zhàn)背后的原因通常以存在于它們的有源和無源組件中的寄生參數(shù)的形式引起的設(shè)備 [1][2][3][4]。值得注意的是，WBG 器件的 dv/dt 大于已知廣泛用于大功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的 Si 基 IGBT。可以在表 1 中觀察到基于 Si 的模塊和基于 SiC-MOSFET 的模塊的開關(guān)速度之間的比較。 兩個(gè)本質(zhì)上占主導(dǎo)地位的寄生電容，寄生匝間電容和匝間電容專門為濾波電感器確定 [5] [6]。為了分析寄生電容，已經(jīng)詳細(xì)說明了兩種建模方法。這里可以注意到，被稱為匝間和匝間的兩個(gè)電容已組合成等效電容 [7]。電感器的電容是不同的，它完全取決于鐵芯的電壓電位和繞組的電壓，固定或連接這個(gè)鐵芯[8]。當(dāng)磁芯處于浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電感器和變壓器的磁芯的電壓電位會(huì)高于中壓應(yīng)用。具有三個(gè)端子的網(wǎng)絡(luò)由具有接地連接的變壓器和電感器形成。本文比較了 MV SiC MOSFET 器件的開關(guān)行為以及磁芯/框架浮動(dòng)和磁芯/框架接地電感器對(duì)它們的影響。最后，

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表 1：開關(guān)速度比較

框架浮動(dòng)和框架接地中壓電感器的比較

圖 1 顯示了分析的 MV 30mH 電感器。它的額定電流為 10 A，基于納米晶磁芯。實(shí)驗(yàn)室電路圖中的雙脈沖測(cè)試如圖 2 所示。定制封裝的半橋 10 kV 碳化硅 MOSFET 的功率模塊支持雙脈沖設(shè)置 [2]。借助 200 MHz Pearson TM精確測(cè)量高頻電流2877 個(gè)監(jiān)視器 [10]。已使用兩個(gè)案例來測(cè)試這種類似的脈沖測(cè)試。在情況 1 中，所測(cè)試的中壓電感器上沒有接地連接，或者可以說鐵芯/框架是浮動(dòng)的，而在情況 2 中，鐵芯/框架已接地，這意味著已經(jīng)提供了一個(gè)接地連接中壓電感器的接地點(diǎn)到直流母線母線的接地點(diǎn) [12]。圖 3 顯示了在具有 12 A 峰值負(fù)載電流的 3 kV 鏈路電壓下進(jìn)行的測(cè)試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖 4 顯示了接地電流對(duì)整個(gè)電源電路的影響，并清楚地提到了負(fù)載和接地電流的路徑。借助該實(shí)驗(yàn)可以得出結(jié)論，接地電流僅在關(guān)斷期間添加到 id+（HS MOSFET 電流），與此概念相反，接地電流添加到 id-（LS MOSFET 電流）在導(dǎo)通期間。由于開關(guān)過程中能量耗散增加，高頻分量會(huì)增加電磁干擾。

圖 1：中壓電感 30mH

圖 2：雙脈沖測(cè)試裝置電路圖

圖 3：(a) 浮動(dòng)磁芯/框架 (b) 接地磁芯/框架的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖 4：(a) 關(guān)閉 (b) 開啟期間的電流路徑

通用三端等效電路

文章的這一部分是關(guān)于通用三端等效電路的介紹，該電路是為存在于繞組到繞組和繞組對(duì)地之間的電容耦合而制定的 [11]。圖 5 (a) 顯示了磁芯/框架接地的電感器示意圖，而圖 5 (b) 顯示了解決任意兩個(gè)端子之間電容耦合的阻抗。此處，端子 1 和 2 表示電源連接，端子 3 表示框架/核心接地的連接。圖 6 清楚地顯示了使用保護(hù)技術(shù)進(jìn)行阻抗測(cè)量的三個(gè)步驟。

圖 5：電感等效電路

圖 6：阻抗測(cè)量步驟

模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了簡(jiǎn)化上述模擬，確定中壓電感器的 Y 13很重要。圖 7 顯示了擬合導(dǎo)納和測(cè)量導(dǎo)納之間的比較。仿真表明，使用 MV 雙脈沖測(cè)試測(cè)得的輸出電壓與勵(lì)磁電壓相匹配。由于 dv/dt 較高，接地電流以非線性方式增加，因?yàn)槎俗又g的阻抗不是一階系統(tǒng) [12]。

圖 7：擬合導(dǎo)納與實(shí)測(cè)導(dǎo)納的比較

結(jié)論

本文分析了在磁芯/框架接地的情況下，基于 MV SiC-MOSFET 的轉(zhuǎn)換器的濾波電感器中的接地電流。這實(shí)際上被認(rèn)為是大功率電感的常見解決方案。本文展示的行為模型具有模擬電感雙脈沖測(cè)試接地電流的能力。在電壓 dv/dt 的較高電位下，接地電流以非線性方式增加，這有助于平衡電源模塊、柵極驅(qū)動(dòng)器和濾波器的設(shè)計(jì)過程。

審核編輯：湯梓紅