碳化硅高速電機(jī)控制器設(shè)計(jì)及效能分析

碳化硅高速電機(jī)控制器設(shè)計(jì)及效能分析

以碳化硅(SiC)?器件為代表的寬禁帶半導(dǎo)體器件，對(duì)比以絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)?為代表的硅基半導(dǎo)?體功率器件，有開(kāi)關(guān)損耗低、開(kāi)關(guān)速度快、器件耐壓高等優(yōu)勢(shì)。尤其是對(duì)于超高速電機(jī)控制器的開(kāi)發(fā)，降低控制?器損耗和減小電機(jī)相電流諧波成分是關(guān)鍵，故將SiC?MOSFET?作為電機(jī)控制的功率半導(dǎo)體元件成為了提升控?制器效率、減小控制器體積、優(yōu)化控制效果的重要方法。此處設(shè)計(jì)了一款?SiC?功率器件構(gòu)成的電機(jī)控制器，通?過(guò)?DSP?控制核心驅(qū)動(dòng)高速永磁同步電機(jī)，測(cè)定控制周期與死區(qū)時(shí)間對(duì)諧波成分的影響。然后將其與IGBT?器件?構(gòu)成的控制器進(jìn)行控制效果的對(duì)比。實(shí)驗(yàn)表明采用SiC器件的控制器損耗更低，可以實(shí)現(xiàn)更高的開(kāi)關(guān)頻率和更?小的死區(qū)時(shí)間，從而能有效降低電機(jī)中的諧波成分，減小溫升，控制效果更優(yōu)。

近年來(lái)隨著新能源汽車等行業(yè)的蓬勃發(fā)展和?“雙減”政策的提出，電力行業(yè)越來(lái)越向低損耗、高效率、高密度的方向發(fā)展。同樣隨著新一代半導(dǎo)體材料的發(fā)展，以SiC、氮化鎵為主導(dǎo)的寬禁帶半導(dǎo)體元件應(yīng)用得越來(lái)越多。傳統(tǒng)的大功率電機(jī)控制器往往采用硅基IGBT作為其功率半導(dǎo)體元件。但其自身特性使得它存在著拖尾電流大、開(kāi)關(guān)損耗高等問(wèn)題，限制了其開(kāi)關(guān)頻率的提升，并且為了保護(hù)IGBT芯片，一般需要設(shè)定較大的死區(qū)時(shí)間[↓。而SiCMOSFET(后面簡(jiǎn)化為SiC)作為寬禁帶半導(dǎo)體元件，由于其更低的開(kāi)通關(guān)斷時(shí)間，不僅可以大幅降低其死區(qū)時(shí)間，而且能提升電機(jī)控制器的開(kāi)關(guān)頻率，從而使控制器整體的相電流諧波含量少[2]。配合矢量控制方法，能夠有效優(yōu)化控制器的??控制效果[3]。

對(duì)于超高速電機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越多，逐漸替代?了可靠性低和體積大的變速器機(jī)構(gòu)。對(duì)于超高速?電機(jī)控制，由于諧波成分多，電機(jī)溫升大的問(wèn)題也?尤為突出[4]。由于高速電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不可避免地會(huì)致使相電感的設(shè)計(jì)值較小，導(dǎo)致其控制過(guò)程?中會(huì)產(chǎn)生更多的諧波成分，所以提升控制頻率、抑?制溫升也是高速電機(jī)控制的關(guān)鍵。