宽禁带功率器件高速短路保护电路的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51807183
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0706.电力电子学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The SiC MOSFET is regarded as an attractive alternative of the conventional Si IGBT for the high power density applications like electric vehicle and aerospace. However, the application issues for SiC MOSFET have not been fully resolved yet, which is one of the factors hindering its wide usage. The short-circuit fault is one of the most critical failure mechanisms in the power converters. Due to the weaker short-circuit withstanding capacity and higher surge current of SiC MOSFET, it brings in a new challenge in the short-circuit protection circuit design. As a novel detection strategy, the gate charge detection has attracted more and more attentions due to its high speed and easy-to-integration with the gate driver. However, the early works were mainly focused on the Si IGBT, only few works were conducted on the SiC MOSFET. Consequently, this work investigates the short-circuit protection circuit design based on the gate charge detection for the SiC MOSFET under high-speed switching. Firstly, the impact of parasitic parameters on the switching transitions are investigated by the small-signal model analysis. Secondly, a protection circuit based on the commercial driver IC is studied as a comparative design. Finally, the protection circuit design based on the gate charge detection as well as its mechanism are investigated, thus to conclude its advantages and feasibility of integration.
SiC MOSFET在电动汽车、航天等要求高功率密度的应用中替代传统Si IGBT有着非常吸引的前景,但其中一系列应用难点仍然未能得到很好的解决,成为了限制广泛应用的因素之一。短路失效是电力电子系统中最为重要的失效机制。考虑到SiC MOSFET相比Si IGBT短路承受时间更短,并且短路电流更大,其短路保护设计更具有挑战性。而门极电荷检测作为一种新型的检测手段,由于其高速,易于与门极驱动集成的特点得到了越来越多的关注。但早期的研究工作主要对象为Si IGBT,关于SiC MOSFET短路保护电路的工作少有报道。因此,本项目研究高速开关下SiC MOSFET基于门极电荷检测的短路保护电路设计。首先,通过小信号等效模型分析寄生参数对开关瞬态的干扰。然后,作为对比设计方案,研究基于商用驱动芯片的保护电路设计。最后,重点突破门极电荷检测短路保护电路设计,明确电荷检测机理,探索其优势与集成可行性。

结项摘要

SiC MOSFET在电动汽车、航天等要求高功率密度的应用中替代传统Si IGBT有着非常吸引的前景,但短路等可靠性疑点成为限制其在工业界广泛应用的因素之一。考虑到SiC MOSFET相比Si IGBT短路承受时间更短,短路电流更大,并且开关速度更快,要求SiC MOSFET的短路保护电路需要具有更快的响应速度,并且不受寄生效应的干扰。因此,本项目从寄生参数对SiC MOSFET高速开关机理的研究出发,提出了一种抑制开关振铃的策略从而降低其对周边电路与系统的电磁干扰。然后,进一步对比了Si IGBT与SiC MOSFET 的开关与短路特性,并提出了一种简易的改进型去饱和检测电路,实现了910 ns的保护速度。最后,基于门极电荷检测电路,并结合数字控制的策略,所得到的短路保护电路可实现600 ns的保护速度。并且该电路还可同时实现对SiC MOSFET的在线健康状态监测。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(1)
Comparative Design of Gate Drivers with Short-Circuit Protection Scheme for SiC MOSFET and Si IGBT
带短路保护方案的 SiC MOSFET 和 Si IGBT 栅极驱动器的比较设计
  • DOI:
    10.3390/en12234546
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Energies
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Shan Yin;Yingzhe Wu;Yitao Liu;Xuewei Pan
  • 通讯作者:
    Xuewei Pan
Modeling and Experimental Investigation of Electromagnetic Interference (EMI) for SiC-Based Motor Drive
SiC 电机驱动电磁干扰 (EMI) 建模和实验研究
  • DOI:
    10.3390/en13195173
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Energies
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Yingzhe Wu;Shan Yin;Hui Li;Minghai Dong
  • 通讯作者:
    Minghai Dong
A 1-MHz GaN-Based LCLC Resonant Step-Up Converter with Air-Core Transformer for Satellite Electric Propulsion Application
用于卫星电力推进应用的具有空芯变压器的 1MHz GaN 基 LCLC 谐振升压转换器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Industrial Electronics
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Shan Yin;Xiong Xin;Runze Wang;Minghai Dong;Jinshu Lin;Yunfei Gu;Hui Li
  • 通讯作者:
    Hui Li
A High-Resolution In Situ Condition Monitoring Circuit for SiC Gate Turn-Off Thyristor in Grid Applications
电网应用中碳化硅门极可关断晶闸管的高分辨率原位状态监测电路
  • DOI:
    10.1109/jestpe.2021.3061580
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Yinyu Liu;Lifang Liu;Shan Yin;Yunfei Gu;Shuairong Deng;Zhanqiang Xing;Quanfeng Zhou;Zhiqiang Li;Kun Zhou
  • 通讯作者:
    Kun Zhou
A digital‐controlled gate charge detection circuit for short‐circuit protection and condition monitoring of SiC MOSFET
用于 SiC MOSFET 短路保护和状态监测的数字控制栅极电荷检测电路
  • DOI:
    10.1049/pel2.12236
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    IET Power Electronics
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Shan Yin;Yinyu Liu;Xiong Xin;Yingzhe Wu;Hui Li
  • 通讯作者:
    Hui Li

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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