宽禁带功率半导体器件建模与应用

本书遵循教育部教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

本书详细阐述了宽禁带功率半导体器件的发展现状、电热行为模型建模方法与模型参数提取优化算法、开通和关断过电压问题分析和抑制方法、串扰导通问题机理与抑制方法。通过LLC变换器展示了如何借助宽禁带器件电热行为模型完成功率变换器硬件优化设计和控制算法的仿真验证，并分析了平面磁集成矩阵变压器的优化设计方法，建立了LLC变换器小信号模型，提出并验证了基于LLC变换器小信号模型的输出电流纹波抑制方法。附录提供了基于Ansys Q3D的电路板寄生参数提取方法、宽禁带器件电热行为模型建模方法、遗传算法和列文伯格-麦夸尔特算法组成的复合优化算法实现、LLC变换器小信号模型建模方法，方便读者学习参考。     本书适合电力电子与电力传动专业研究生和电气工程及其自动化专业的高年级学生使用，也可供其他相关专业高校师生、工程技术人员和其他人员参考。

前言 第1章绪论 1.1宽禁带功率半导体器件的发展现状 1.1.1宽禁带材料的优势 1.1.2宽禁带器件的发展 1.1.3宽禁带器件在电力电子变换器中的典型应用 1.2宽禁带功率半导体器件的建模研究现状 1.2.1功率半导体器件模型分类 1.2.2SiC MOSFET建模发展现状 1.2.3GaN HEMT建模发展现状 1.3宽禁带功率半导体器件在应用中面临的挑战 1.3.1开通过电压 1.3.2串扰导通 1.4本章小结 第2章宽禁带功率半导体器件电热行为模型 2.1SiC MOSFET电热行为模型 2.1.1SiC MOSFET电热模型 2.1.2SiC MOSFET模型参数提取 2.1.3SiC MOSFET电热模型仿真验证 2.1.4SiC MOSFET电热模型实验验证 2.2GaN HEMT电热行为模型 2.2.1GaN HEMT电热模型 2.2.2GaN HEMT模型参数提取 2.2.3GaN HEMT电热模型仿真验证 2.2.4GaN HEMT电热模型实验验证 2.3模型参数提取优化算法 2.4本章小结 第3章开通过电压问题分析与治理方法 3.1半桥电路开通过电压问题分析模型 3.1.1硬开通过程分析 3.1.2开通过电压解析模型 3.1.3开通过电压仿真模型 3.2开通过电压问题参数化分析及其抑制 3.3开通过电压问题分析方法的实验验证 3.4本章小结 第4章关断过程分析与关断过电压抑制 4.1半桥电路硬关断过程分析 4.1.1GaN HEMT快速关断工况 4.1.2GaN HEMT慢速关断工况 4.2关断过电压抑制方法 4.3本章小结 第5章开通串扰分析与抑制 5.1串扰问题分析解析电路模型 5.2门极串扰抑制方法的评估 5.2.1门极关断回路阻抗对串扰电压的影响 5.2.2门极关断电压对串扰电压的影响 5.2.3主功率回路电感对串扰电压的影响 5.3门极有源钳位电路 5.4本章小结 第6章基于GaN器件和平面磁集成矩阵变压器的高频LLC变换器优化设计方法 6.1LLC变换器谐振参数优化设计方法 6.1.1LLC变换器的基本工作原理 6.1.2谐振电流和整流电流有效值计算 6.1.3谐振参数的优化设计 6.2基于Spice仿真模型的LLC变换器硬件设计与验证 6.2.1基于GaN器件的LLC变换器仿真模型建立 6.2.2基于仿真模型的主功率回路设计 6.2.3仿真模型仿真结果正确性验证 6.3LLC平面磁集成矩阵变压器优化设计 6.3.1矩阵变压器绕组设计方法与实现 6.3.2变压器损耗计算及优化设计 6.3.3励磁电感和漏感设计 6.3.4矩阵变压器实验验证 6.4LLC变换器小信号模型 6.4.1带电阻负载的半桥LLC变换器小信号模型 6.4.2带LED负载的半桥LLC变换器小信号模型 6.5小信号模型准确性验证 6.6LLC变换器控制器设计及输出电流纹波抑制 6.7本章小结 附录 附录A基于Ansys Q3D实现PCB寄生参数提取 A.1将Altium Designer绘制的PCB文件导入AnsysQ3D A.2Ansys Q3D提取PCB寄生电阻和电感 附录B宽禁带器件LTSpice仿真模型 B.1非线性电容建模与模型验证 B.2输出电热行为特性建模与模型验证 附录C基于遗传算法和列文伯格-麦夸尔特算法的复合优化算法 附录DLLC变换器小信号模型分析 D.1采用Matlab脚本建立小信号模型 D.2基于Simulink进行小信号分析 参考文献