多通道SiC固态功率控制器电热仿真及并联均流设计

• 作 者: 张宏宇
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 固态功率控制器 SiC MOSFET 电热仿真 多通道并联均流

固态功率控制器(Solid-state power controlle,SSPC)集继电器转换功能和断路器保护功能于一体,具有体积小、响应快和无分断电弧等优点,是多电化和全电化飞行器配电系统的核心。相比于传统Si MOSFET,Si C MOSFET具有高击穿场强和高工作温度等优点,在固态功率控制器中具有很好的应用前景。目前,多通道Si C固态功率控制器主要面临电热特性分析不准确、并联使用时多通道电流分布不均衡等问题,导致固态功率控制器工作性能不稳定,无法满足实际应用需求。本文以多通道Si C固态功率控制器为研究对象,研究其功率模块热仿真分析、多通道电热特性分析、多通道并联均流设计等内容,为国产高性能多通道Si C固态功率控制器提供技术支持。首先,建立Si C MOSFET功率模块热仿真模型,实现功率模块温度特性的准确计算,为固态功率控制器电热特性分析奠定基础。基于热路理论建立Si C MOSFET功率模块热路模型,分析MOSFET稳态工作温度以及开通过程中的瞬态温升;建立Si C MOSFET功率模块有限元仿真模型,仿真分析功率模块稳态温度场分布及开关过程暂态温度变化曲线,并通过实测验证仿真结果的准确性。其次,建立多通道Si C固态功率控制器电热仿真模型,实现其多通道电热特性的准确分析。建立固态功率控制器单通道电特性仿真模型,并分析不同载荷条件固态功率控制器的开关特性,验证单通道模型的正确性;采用等效法建立固态功率控制器多通道电特性仿真模型,并分析通道阻抗变化对各通道电流的影响;建立固态功率控制器多通道热仿真模型,进行整机稳态和瞬态温度场的仿真分析。然后,提出固态功率控制器多通道并联均流设计方法,提高固态功率控制器各通道电流的一致性。考虑寄生参数影响,优化固态功率控制器布局,提高了固态功率控制器的多通道电流一致性;采用田口稳健设计方法对固态功率控制器进行多通道并联均流设计,进一步提高各通道电流的一致性。最后,搭建多通道Si C固态功率控制器样机测试平台,验证并联均流设计的有效性。完成多通道Si C固态功率控制器的软硬件设计,进行多通道Si C固态功率控制器电流分布测试,验证并联均流设计效果。