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宽带隙(WBG)半波整流器的分析

作者: 浮思特科技2024-05-30 13:55:54

  在这篇电力电子教程中,我们将研究一种工作温度显著高于环境温度的碳化硅(SIC)整流器的行为。当我们设想一个电路时,可以将其比作一个必须在“高温环境”中工作的电机牵引系统。

  使用Mathematica进行仿真和分析

半波整流器

  上图显示了一个宽带隙(WBG)半导体二极管,用字母D表示。当我们谈论与正弦输入相关的输出电压时,指的是远高于300K(标准环境温度)的温度。此外,我们假定负载电阻已知。

  通过碳化硅二极管的电流‘i’由以下表达式给出:

半波整流器

  方程(1)包含了多个不同的项,我们都很容易记住。量v表示二极管上的电压降,而i0表示反向饱和电流,约为1µA。参数η是无量纲的,我们可以将其近似为1。电势用符号VT表示。

  以下方程给出了电势VT的表达式:

半波整流器

  根据方程(2)提供的信息,我们可以看到VT包含了二极管的行为,从而也包括了整流器在高温时的行为。在方程(1)中,利用基尔霍夫第二定律来确定二极管上的电压:

半波整流器

  通过使用必要的替换,我们可以得到一个频率为f的正弦输入,其表达式如下:

半波整流器

  此时,需要使用合适的软件(如Mathematica)在高温极限下求解方程(4)所表达的问题。

  现在,我们来看一下这个量的电路意义:

半波整流器

  称为温度的电压等效值。从方程(1)中,假设η=1,我们可以看到:

半波整流器

  这表明将二极管带到高于300K(典型室温)的温度相当于增加了偏置电压。更确切地说,我们得到了图4所示的曲线,其中我们也看到,对于相同的v,电流随着T的增加而减少。这是因为随着温度的增加,二极管的微分电阻(大约等于VT与电流i的比值)增加。

碳化硅半导体由于具有高热导率,能够比硅或锗更好地散热,这意味着它们不需要散热器。然而,我们将在下一次电力电子教程中研究温度对工作点的影响。浮思特科技专注功率器件领域,为客户提供IGBTIPM模块等功率器件以及MCU和触控芯片,是一家拥有核心技术的电子元器件供应商和解决方案商。

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