SiC牵引逆变器多维开关特性的系统化表征框架及四维工作空间验证

《IEEE Open Journal of Industry Applications》：A Systematic Framework for Four-Dimensional Operating-Space Characterisation of SiC Traction Inverter Switching

　　

摘要：

SiC 牵引逆变器的可靠运行需要了解其开关行为在整个工作范围内以及在不同栅极驱动条件下如何演变。现有研究通常在有限的电流-电压或温度范围内以及固定栅极电阻下表征开关性能。由于开关行为非线性地取决于器件特性和电路寄生参数，在不同系统上获得的结果难以推广，且无法捕捉整个工作范围内的开关指标，如 di/dt、dv/dt、过冲和损耗。本文提出了一种用于 SiC 逆变器多维开关特性表征的系统化规划、测量、分析和可视化框架。该框架在一个代表 800 V 级、300 kW 电动汽车逆变器的 900 V、450 A SiC 桥臂上进行了验证。其在四维工作空间内进行评估：直流母线电压（600 至 900 V）、相电流（-450 至 +450 A）、温度（-40 至 +140°C）以及栅极驱动强度（1.6 至 5 Ω）。所提出的框架提取了十一个关键开关性能指标（变化率、过冲、振铃强度和能量损耗），并量化了它们对栅极驱动强度和工作点的依赖性。一种新的可视化工具随后能够高效地探索这些依赖性在四维工作空间中的分布。实验结果表明，变化率和关断过冲等开关指标在四维工作空间内表现出非单调行为和转折点。文中阐述了开关性能要求对安全工作区和驱动强度的影响。MATLAB 中分析与可视化框架的实现代码及相关演示数据集已公开提供，以支持 SiC 牵引逆变器的栅极驱动器优化和模型开发。