寬禁帶半導體電機驅動控制技術

目錄
前言
第1章 引言 1
1.1 電機驅動控制技術的發(fā)展背景 1
1.2 電機驅動控制系統(tǒng)的組成、分類及特點 5
1.2.1 電機驅動控制系統(tǒng)組成 5
1.2.2 典型電機及其驅動器拓撲 6
1.2.3 永磁同步電機控制技術發(fā)展概況 9
1.3 寬禁帶功率器件與高性能電機驅動控制系統(tǒng) 11
1.3.1 傳統(tǒng)功率半導體器件 11
1.3.2 寬禁帶功率器件的特點及分類 15
1.3.3 寬禁帶功率器件產品的發(fā)展 16
1.3.4 寬禁帶功率器件對電機驅動控制系統(tǒng)性能的提升 18
參考文獻 20
第2章 寬禁帶功率器件 23
2.1 碳化硅功率器件 23
2.1.1 碳化硅材料的物理特性 23
2.1.2 SiC 功率器件的分類 24
2.1.3 功率MOSFET 內部結構與工作原理 26
2.1.4 SiC MOSFET 的基本特性 27
2.2 氮化鎵功率器件 37
2.2.1 氮化鎵材料的物理特性 37
2.2.2 GaN 功率器件的分類 38
2.2.3 GaN HEMT 的結構與工作原理 40
2.2.4 GaN HEMT 的基本特性 41
2.3 本章小結 48
參考文獻 49
第3章 寬禁帶功率器件門極驅動電路 51
3.1 寬禁帶功率器件門極驅動電路驅動特點與要求 51
3.1.1 GaN HEMT 柵極驅動電路 51
3.1.2 SiC MOSFET 門極驅動電路 54
3.2 寬禁帶功率器件門極驅動電路橋臂串擾問題 55
3.2.1 寬禁帶功率器件橋臂串擾問題原理 56
3.2.2 寄生電感對串擾影響分析 57
3.2.3 抑制串擾方法 58
3.3 寬禁帶功率器件保護電路設計 61
3.3.1 過壓保護 61
3.3.2 過流保護 62
3.4 高溫SiC MOSFET 門極驅動電路 69
3.4.1 驅動電路元器件的選擇 70
3.4.2 主電路與控制電路的隔離方式選擇 71
3.4.3 高溫SiC MOSFET 驅動保護電路設計實例 72
3.5 本章小結 78
參考文獻 78
第4章 基于寬禁帶功率器件的逆變器輸出電壓非線性分析 80
4.1 寬禁帶功率器件在PMSM 逆變器中的特性 80
4.2 逆變器輸出電壓非線性分析 86
4.2.1 管壓降影響機理 87
4.2.2 死區(qū)時間影響機理 88
4.2.3 開關延遲時間影響機理 90
4.2.4 輸出電容影響機理 92
4.3 電壓震蕩產生機理 94
4.4 本章小結 99
參考文獻 99
第5章 寬禁帶功率器件對電機性能的影響 101
5.1 SiC MOSFET 對電機損耗的影響 101
5.1.1 銅損耗 102
5.1.2 鐵損耗 108
5.2 SiC MOSEFET 對電機動態(tài)性能的影響 115
5.2.1 加入器件特性的PMSM 驅動系統(tǒng)傳遞函數(shù)建模 115
5.2.2 PMSM 動態(tài)性能分析 117
5.2.3 實驗結果與結論 123
5.3 SiC MOSFET 驅動器對電機軸電流的影響 128
5.3.1 軸電流產生的原理及分類 128
5.3.2 SiC 功率器件對共模電壓影響 129
5.3.3 共模電壓對軸電流的影響 133
5.4 本章小結 136
參考文獻 137
第6章 基于寬禁帶功率器件的電機驅動新拓撲 139
6.1 線性功率放大器簡介 139
6.1.1 功率放大器的分類 139
6.1.2 線性功放的損耗分析 140
6.2 基于寬禁帶器件的實時可調的跟隨供電系統(tǒng) 144
6.2.1 供電系統(tǒng)的新拓撲 144
6.2.2 實時可調的跟隨供電系統(tǒng)工作原理 147
6.2.3 實時可調供電系統(tǒng)的損耗模型 149
6.2.4 實驗結果和結論 154
6.3 基于線性功放的PMSM 驅動控制器的電路拓撲設計 158
6.3.1 基于線性功放的PMSM 驅動控制電路工作原理 158
6.3.2 實驗結果和結論 160
6.4 本章小結 166
參考文獻 166
第7章 基于寬禁帶功率器件的增強型無傳感器控制技術 169
7.1 常規(guī)無傳感器控制技術 169
7.1.1 中高速段無傳感器控制方法 169
7.1.2 零速和低速段無傳感器控制方法 171
7.1.3 復合控制方法 173
7.2 基于寬禁帶功率器件的PMSM 零速及低速段無傳感器控制 174
7.2.1 旋轉高頻注入法 174
7.2.2 電流的提取 175
7.2.3 無傳感器控制系統(tǒng)結構框圖及仿真結果 181
7.3 基于寬禁帶功率器件的PMSM 中高速段無傳感器控制 183
7.3.1 寬禁帶功率器件對SMO 抖振問題的改善 183
7.3.2 改進的SMO 仿真結果 183
7.4 FPGA 在無傳感器控制系統(tǒng)中的作用 185
7.4.1 FPGA 減小估計位置誤差原理 185
7.4.2 FPGA 速度優(yōu)化方法 186
7.4.3 FPGA 總體設計的并行實現(xiàn) 187
7.4.4 FPGA 各部分子程序優(yōu)化 189
7.5 無傳感器控制設計實例 193
7.5.1 低速段無傳感器控制實驗 193
7.5.2 中高速段無傳感器控制實驗 196
7.6 本章小結 198
參考文獻 199