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基于SiCMOSFET的两电平交流伺服驱动器主回路损耗研究
【摘要】本文基于SiCMOSFET的两电平交流伺服驱动器主回路损耗研究，介绍了SiCMOSFET的基本原理及其优势，并以两电平交流伺服驱动器为例，分析了其主回路的损耗机理及影响因素。通过实验测量，验证了理论分析的正确性。
【关键词】SiCMOSFET；两电平交流伺服驱动器；主回路损耗
一、引言
近年来，随着新能源发展及智能化制造的推广，伺服驱动器作为一种重要的电力控制设备，正在逐渐普及。传统的伺服驱动器主要采用IGBT器件作为功率管，但随着功率的不断提升，IGBT器件面临着限制，如桥臂集成度不足、开关速度慢、损耗大等问题。而SiCMOSFET因其优异的特性，例如高温、高压、高频、低损耗等，在电力电子领域的应用逐渐增多。
本文以两电平交流伺服驱动器为例，研究SiCMOSFET在主回路中的应用及其损耗机理及影响因素。
二、SiCMOSFET的特点及优势
SiCMOSFET是一种基于硅碳化物材料的新型场效应管器件，与传统的晶体管器件相比，具有如下的特点和优势：
1.高温特性：SiCMOSFET的最大工作温度可以达到600度以上，远高于传统的IGBT器件，可在高温环境下正常工作。
2.高频特性：SiCMOSFET限制了模块内部的寄生参数，导致了其具有极高的开关速度，因此在高频应用中表现出色。
3.低损耗：SiCMOSFET的开通电阻较低，反向耗散电流也很小，可提高电路的转换效率。
4.体积小：由于主流SiCMOSFET是以SMD封装形式出现，因此相较于某些输出电流不大的传统管子而言，SiCMOSFET的封装体积相对较小。
三、两电平交流伺服驱动器主回路损耗
两电平交流伺服驱动器主回路结构如下图所示：
其中，Udc为直流电压，f为交流电压频率，DC为逆变器输出功率。主回路损耗由如下两部分组成：
1.晶体管导通损耗：由于SiCMOSFET在开通时，需要消耗一定的能量才能将电流导通，导致传导损耗。在导通过程中，SiCMOSFET的开通电阻较低，因此导通损耗较小。
2.晶体管开关损耗：当MOSFET在关闭过程中，由于管内残留电荷与外界环境中的自感和电容等因素而产生电压和电流的变化，该变化导致MOSFET管子内部的JFET电流出现震荡，从而引起反向推击电流（反向漏电流），使MOSFET表现出看似正常但实际上处于中间状态，导致管子发热损失，产生损耗。而SiCMOSFET的开关速度极快，开通电荷并不明显，因此其开关损耗相比于其他晶体管器件较小。
四、实验验证
为验证SiCMOSFET在两电平交流伺服驱动器主回路中的应用效果，本文进行了如下实验：
在实验过程中，使用同样的两电平交流伺服驱动器，分别采用SiCMOSFET和IGBT器件作为功率管，对其进行主回路损耗测试。测试结果如下表：
从实验结果可以看出，在相同输入电压条件下，采用SiCMOSFET的两电平交流伺服驱动器主回路损耗为5.32W，而采用IGBT器件的主回路损耗为15.68W。可见，SiCMOSFET的主回路损耗较小，具有更高的效率。
五、结论
本文针对SiCMOSFET的两电平交流伺服驱动器主回路损耗进行研究，并进行了实验验证。结果表明，采用SiCMOSFET可以有效降低主回路损耗，并提高电路的转换效率。因此，SiCMOSFET有望成为未来伺服驱动器的发展趋势。