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碳化硅MOSFET桥臂电路串扰抑制方法
摘要
碳化硅（SiC）MOSFET具有高导电性和温度稳定性等优点，在交流变换器等高速电力电子设备中应用广泛。然而，碳化硅MOSFET桥臂电路串扰是一个重要的问题，可能影响电路的性能和稳定性。为了解决这个问题，本论文提出了一种基于相移控制和信号补偿的串扰抑制方法。该方法采用相位控制器和信号处理器来改善电路中的信号相位和幅度失真，从而降低了电路中的串扰噪声。通过仿真实验和实验结果表明，该方法可以显著降低碳化硅MOSFET桥臂电路串扰，并且提高了电路稳定性和性能。
关键词：碳化硅MOSFET，桥臂电路，串扰抑制，相位控制器，信号处理器
引言
碳化硅（SiC）MOSFET具有高导电性、低导通电阻、高温稳定性和能耗低等优点，已经广泛应用于交流变换器等各种高速电力电子设备中。然而，由于其高速开关特性和较低的交流阻抗，碳化硅MOSFET存在一些独特的电磁兼容（EMC）问题，影响电路性能和可靠性。其中，桥臂电路串扰就是一个重要的问题。桥臂电路串扰是指电源和负载之间的电路信号相互干扰，可能导致电流和电压的混叠，从而引起电磁干扰（EMI）和电路噪声。
为了解决碳化硅MOSFET桥臂电路串扰的问题，已经采用了各种方法，例如隔离设计、电容滤波、功率分配、开关时间控制等。然而，在高速交流变换器中，这些方法都可能导致电路成本增加、效率下降、体积加大等问题。因此，需要寻找一种简单有效的串扰抑制方法，同时不影响碳化硅MOSFET的优势。
本文提出了一种基于相移控制和信号补偿的串扰抑制方法，该方法可以改善碳化硅MOSFET桥臂电路中的信号相位和幅度失真，从而降低串扰噪声，并提高电路稳定性和性能。本文将对该方法进行详细说明，并通过模拟实验和实验结果来验证其有效性。
碳化硅MOSFET桥臂电路串扰问题分析
FIGURE1显示了碳化硅MOSFET桥臂电路的基本电路图。该电路由四个碳化硅MOSFET、一个电容器和一个负载组成。在正常情况下，交流电源的正向和反向信号分别由上下两个桥臂提供。因此，当一个桥臂导通时，另一个桥臂不能导通。然而，在实际应用中，由于碳化硅MOSFET的高速开关特性和各种不良环境条件的影响，桥臂电路可能存在交错导通的情况，从而引起电路串扰问题。
电路串扰的噪声主要来自相邻桥臂中的电流和电压信号的交叉干扰。当两个桥臂同时导通时，它们之间的电感和电容会共同形成谐振电路，产生大量高频噪声。这些噪声信号会向负载传播，产生电磁干扰和振荡。此外，串扰电流还会在电路中引起大量损耗和热效应，导致电路功率损失和设备损坏。
因此，为了降低碳化硅MOSFET桥臂电路串扰，需要采用一些有效的抑制方法。本文提出了一种基于相移控制和信号补偿的串扰抑制方法，该方法可以在不增加电路复杂度和成本的情况下实现有效的串扰抑制。
串扰抑制方法设计
FIGURE2显示了碳化硅MOSFET桥臂电路串扰抑制方法的基本结构。该电路由相位控制器、信号处理器和反馈控制系统组成。相位控制器可以用来控制桥臂电路的相位，使得两个桥臂之间的信号相位差尽可能小，并且在一定的间隔时间内切换桥臂导通。信号处理器主要用来检测和补偿电路中的信号失真，以降低串扰噪声。反馈控制系统可以用来控制电路的输出，并保证电路运行的稳定性和可靠性。
1.相位控制器设计
相位控制器是用来控制桥臂电路中的相位差的重要组成部分。在本文中，我们采用了一种基于反馈延迟控制器（FLC）和电流模式控制器（CMC）的相位控制器。具体地说，FLC被用来检测桥臂电路中的相位误差，然后通过CMC控制桥臂电路的导通时间来校正相位差。
FIGURE3显示了反馈延迟控制器的结构。FLC基于具有快速动态响应和可调谐性的相位锁定环路（PLL）的思想。输入信号被乘以一个简单的三角波信号，然后通过比较器和锁相放大器得到相位误差信号。然后，相位误差信号被送入CMC控制器来进行信号处理。
FIGURE4显示了电流模式控制器的结构。CMC基于反馈控制理论设计，可以实现极低的相位误差和高精度的电流控制。CMC控制器包括三个主要部分：误差计算器、控制逻辑和输出驱动器。误差计算器被用来计算每个倍振荡周期内的电流误差。然后，控制逻辑根据误差信号和前一周期的相位误差来计算下一周期的导通时间。最后，输出驱动器被用来控制桥臂MOSFET的导通和截止。
2.信号处理器设计
信号处理器的作用是检测和补偿桥臂电路中的信号失真，从而降低串扰噪声。在本文中，我们采用了一种时间域滤波算法，该算法可以有效地检测和补偿桥臂电路中的信号失真。
FIGURE5显示了信号处理器的结构。首先，输入信号被传递到滤波器中，该滤波器由高通滤波器和低通滤波器组成。高通滤波器被用来检测高频失真信号，然后低通滤波器被用来检测低频失真信号。然后，失真信号被传递到补偿器中进行补偿。补偿器