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储能系统技术 储能系统 SiC器件 多物理场耦合 ★ 5.0

一种基于去耦电容强制谐振的SiC MOSFET功率回路寄生电感精确提取方法

An Accurate Power Loop Stray Inductance Extraction Method for SiC MOSFETs Based on Forced Resonance With Decoupling Capacitor

作者
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 SiC器件 多物理场耦合
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 碳化硅MOSFET 功率回路杂散电感 杂散电感提取方法 低频谐振 提取精度
语言:

中文摘要

为了更好地指导碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在变流器中的优化运行,准确估算功率回路杂散电感至关重要,这可避免开关暂态过程中出现不可接受的过电压和电磁干扰噪声。本文提出一种基于目标杂散电感与直流母线解耦电容强制低频谐振的杂散电感提取方法,该谐振可通过在直流母线中设置一个开关巧妙触发。通过选用I类陶瓷电容器作为稳定的解耦电容,可构建理想的谐振回路,从而实现精确计算。实验验证了该方法的提取精度,与使用专业阻抗分析仪E4990A的测量结果相比,相对误差为2.9%。此外,与现有依赖快速开关振铃阶段器件结电容高频谐振的方法不同,该方法仅需低带宽测试设备,这使其在受昂贵测量探头限制的应用场景中颇具吸引力。

English Abstract

To better instruct the optimal operation of silicon carbide mosfets in converters, accurate estimation of the power loop stray inductance is essential, preventing unacceptable voltage overshoots and EMI noises during switching transients. This letter presents a stray inductance extraction method based on forced low-frequency resonance of the target stray inductance and the dc-link decoupling capacitance, which can be skillfully triggered by applying a switch in the dc bus. An ideal resonant tank can be created by selecting a Class I ceramic capacitor as the stable decoupling capacitor, enabling the precise result to be calculated. The extraction accuracy of this proposed method is verified through experiments, showing a relative error of 2.9% compared with the measurement using a professional impedance analyzer E4990A. Furthermore, unlike existing methods relying on high-frequency resonance with device junction capacitance at the fast-switching ringing stage, this method only requires low bandwidth test equipment, making it attractive for applications limited by costly measuring probes.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务角度来看,这项基于强制谐振的SiC MOSFET功率环路杂散电感精确提取技术具有重要的工程应用价值。随着公司在光伏逆变器和储能变流器产品中大规模采用SiC器件以提升功率密度和效率,精确掌握功率回路杂散电感参数已成为优化产品性能的关键环节。

该技术的核心价值在于解决了传统高频谐振测量方法对昂贵示波器探头和高带宽设备的依赖问题。通过巧妙利用直流母线开关触发杂散电感与去耦电容的低频谐振,配合I类陶瓷电容构建理想谐振回路,可在普通测试设备下实现2.9%相对误差的测量精度。这对阳光电源的研发和生产环节意义重大:在新产品开发阶段,可快速验证母线布局设计的寄生参数;在生产线质量管控中,可低成本实现批量产品的一致性检验。

技术成熟度方面,该方法已通过专业阻抗分析仪E4990A的对比验证,具备较高的可靠性。对于阳光电源当前面临的挑战,该技术可有效支撑SiC器件在高频开关工况下的电压过冲抑制和EMI噪声控制,这直接关系到1500V高压光伏系统和大功率储能PCS的可靠性指标。

应用前景上,建议将此技术整合到公司的功率电子设计平台中,建立标准化的寄生参数提取流程。潜在挑战包括不同拓扑结构下去耦电容选型的适配性,以及与现有仿真工具链的集成。若能结合公司在大功率变流器领域的工程经验,形成面向SiC应用的完整设计方法论,将进一步巩固阳光电源在新能源装备技术领域的领先优势。