基于新型碳化硅MOSFET的低壓直流斷路器研究.pdf

1、低壓直流斷路器(LVDC breaker, low voltage direct current breaker)的作用是在低壓直流電路發(fā)生故障、過載或不正常運行時斷開電路。低壓直流斷路器主要應(yīng)用于低壓直流配電網(wǎng)中，近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，直流配電可以帶來更高的電能質(zhì)量，使得直流的應(yīng)用范圍更加廣泛，而直流斷路器是支撐直流配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵部分，因此直流斷路器一直是近幾年的研究熱點。
　　近些年直流斷路器的性能已逼近 Si

2、材料的極限，若要研制出性能更優(yōu)越的斷路器則需要采用新的半導(dǎo)體材料，隨著近幾年碳化硅材料研究的不斷成熟，其具有低導(dǎo)通損耗、耐高溫、高頻和開斷速度快等優(yōu)點，將其與硅MOSFET和IGBT比較后發(fā)現(xiàn)，碳化硅MOSFET特別適合作為開關(guān)元件用于直流斷路器中。
　　本文的主要工作是研究擊穿電壓為1.2kV的碳化硅MOSFET用于500V直流斷路器的可行性，并在此基礎(chǔ)上嘗試樣機(jī)試制。論文首先介紹了直流斷路器的研究背景和研究現(xiàn)狀，以及碳化硅 M

3、OSFET優(yōu)異的性能；其次介紹了當(dāng)前三大主流直流斷路器的工作原理及其優(yōu)缺點；然后從材料屬性、直流電壓等級、絕緣和用電安全等多角度來確定本文設(shè)計的斷路器的工作電壓500V；接著詳細(xì)介紹了SiC-MOSFET開通和關(guān)斷過程中的電路特性，以及用 Saber軟件實現(xiàn)SiC-MOSFET建模的具體過程；接著搭建了簡易低壓直流電路模型，并估算模型中各元件的參數(shù)；然后利用該模型分析了碳化硅 MOSFET在開斷電路正常工作和故障時的過電壓大小，并在此基