基于碳化硅的三相并网逆变器软件设计

新能源发电是当今社会的热点,随着化石燃料的日益枯竭,光伏发电无疑是其中很好的能源替代方案。光伏逆变器是光伏发电中的重要一环,能够将光伏阵列发出的直流电转为交流电输入电网。同时光伏逆变器的效率和性能对光伏发电系统至关重要,高效稳定的逆变器可以将更多的太阳能转化为电能并稳定的持续发电,对节能减排建设环保型能源系统有很大帮助。文中主要进行100 kW三相并网逆变器的软件设计,包括进行电流调节器的设计以及在MATLAB上进行主电路模型的搭建并进行验证,最后证明由于相同损耗下SiC MOSFET的开关频率比Si IGBT更快,所以动态响应更快,能够具有更好的性能。     

基于SiC MOSFET的移相全桥ZVS变换器

移相全桥ZVS变换器通过软开关技术,显著地减小了开关损耗,并进一步提高装置的效率,得到了广泛应用,但传统移相全桥ZVS变换器在低压大电流情况下整流二极管导通损耗较大。首先采用同步整流技术,降低了次级整流管的导通损耗;然后采用在原边加箝位二极管的方法抑制了副边整流管两端的电压尖峰;并且采用在原边串联隔直电容的方法抑制直流分量;最后用Saber搭建SiC MOSFET半桥模块的仿真模型,通过MATLAB和Saber协同仿真来验证高频下SiC MOSFET的工作特性。     

基于混合控制器的户用双模光伏逆变器

在此研究了一种基于新型混合控制器的户用双模态逆变器。采用Boost电路与全桥电路级联的架构,在一个工频周期内前后级电路分别在不同时段内工作。这种分时双模工作方式不仅可以提高效率,还可以大大减小中间母线电容容量和尺寸,从而提升功率密度。在控制器设计方面,将单周期控制和比例积分微分(PID)控制结合起来组成混合控制器,具有极强的输入、输出扰动抑制能力。整个控制算法采用高性能数字器件实现,提升电路集成度的同时降低了分立元件特性离散度对逆变器性能的影响。在仿真软件SIMPLIS中搭建电路系统模型,验证了分析结果的正确性。设计调试了一台250 W实验样机,实验结果表明该逆变器动态响应快速,峰值效率达97.5%。     

基于DSP的光伏发电并网逆变器的优化控制研究

文章研究的太阳能光伏发电并网全桥逆变器使用一种电流内环、电压外环的双闭环调节器下的重复控制综合优化策略,采用负载电流解耦的内环电感电流反馈和状态反馈解耦控制方法,以多功能EG8010数字化芯片为控制核心。文章设计了该逆变器的全部电路,仿真表明该逆变器输出电压波形质量好,动态响应快,抗干扰能力强。     

150W独立式光伏逆变器的设计

介绍了150W独立式光伏逆变器,它可以和太阳能电池、充放电控制器以及蓄电池组组成独立式光伏发电系统,为负载提供220V交流电.综合比较3种逆变器的优缺点,采用了修正正弦波逆变器.该逆变器由带隔离变压器的推挽电路、不控整流电路和全桥逆变电路三级变换环节组成,控制均采用专用的脉宽调制集成电路芯片.     

户用光伏并网逆变器人机交互系统开发及应用

为方便用户直观地监测和管理户用光伏并网逆变器,设计了基于RA8870的彩色液晶屏人机交互系统。采用32位ARM芯片STM32作为MCU,彩色TFT作为人机交互显示器,通过UART与逆变器控制芯片DSP通信,获取逆变系统的实时运行状态,并将信息以图表方式呈现给用户;同时将功率信息存储到闪存芯片中,以便用户查询发电量历史数据。实验结果及工业产品应用表明该人机交互系统可在60 ms内反映当前系统工作状态,历史数据查询延时100 ms,同时人机界面友好、系统工作稳定可靠。     

基于遗传算法的SiC MOSFET导通电阻模型

提出了一种简洁、新颖的SiC MOSFET器件导通电阻模型,该模型采用遗传算法对其不同温度下的导通电阻进行准确描述。相比于传统的导通电阻建模方案,采用进化算法可以准确地得到MOSFET导通电阻与结温之间的关系。并探究了不同种群规模、交叉率和变异率对算法的影响。为了验证模型的准确性,采用一款自主封装的1 200 V/90 A SiC MOSFET模块去验证模型的静态特性,并与传统导通电阻建模方案进行对比,其最大误差为4.1%。     

SiC MOSFET驱动电路及实验分析

根据SiC MOSFET开关特性,设计了一种SiC MOSFET的驱动电路,在此基础上采用双脉冲测试方法,对SiC MOSFET的开关时间、开关损耗等进行了实验测量,分析了不同驱动电阻对SiC MOSFET开关时间、开关损耗等的影响。     

光伏发电系统正弦波高效率逆变器电路分析

本文着重讨论和定量分析了各类损耗对运行在不同负荷状态下的正弦波逆变器效率的影响。指出影响逆变器效率的主要因素是变压器损耗及功率开关管损耗,驱动电路与控制电路的功耗是影响逆变器低负荷运行效率的重要原因。     

基于碳化硅功率器件的高频感应焊机设计

高频感应焊机可用于钢管直缝焊接,主要特点为开关频率高和设备功率大,功率器件为硅MOSFET和硅快恢复二极管。由于硅基功率器件的特性限制,高频感应焊机的效率、容量和成本受到了一定制约。随着碳化硅功率器件技术的不断成熟,其性能特点尤其适用于大功率高频感应焊机设备。通过对硅和碳化硅功率器件参数进行对比分析,使用碳化硅功率器件对现有串联型高频感应焊机主电路进行优化,并设计了适用于多器件并联的SiC MOSFET驱动电路和功率单元。最后,搭建了1台100 kW/500 kHz的SiC MOSFET串联型高频感应焊机样机,进行实验测试。实验结果表明,所设计的高频感应焊机性能和焊接效率均高于现有设备。     

SiC MOSFET在航空静止变流器中的应用研究

航空静止变流器实现机载直流电到交流电的转换,对功率密度、效率、环境适应性、可靠性和电气性能等有较高的要求。碳化硅(SiC)半导体器件的开关速度快、高温特性好,在航空静止变流器中有很好的应用前景,但目前关于宽禁带器件在航空静止变流器中应用的研究比较少。首先结合现有的典型航空静止变流器电路拓扑分析了SiC MOSFET应用的关键问题;然后针对航空静止变流器逆变级的两级级联半桥逆变器,对比分析了应用SiC MOSFET与Si MOSFET的损耗大小,分析结果表明在现采用的开关频率下,即使现有SiC MOSFET导通损耗较大,但总损耗仍较小;且开关频率越高,SiC MOSFET的效率优势越明显,最后为适应高开关频率SiC MOSFET逆变器的需要设计了一种适应高开关频率和宽占空比变化信号的SiC MOSFET驱动电路,搭建了1台500 VA、115 V/400 Hz两级级联半桥逆变器实验样机,并验证了应用SiC MOSFET的航空静止变流器逆变级的可行性。     

不同碳化硅器件的直接比较

本文介绍了意法半导体公司(STMicroelectronics)首次提出的1200V/20A的SiC MOSFET,并与1200V常闭型SiC JFET(结型场效应晶体管)和1200V SiC BJT(双极结型晶体管)作对比。全面比较了3种开关器件工作在T=25℃、电流变化范围(1A~7A)的动态特性,并在T=125℃、ID=7A条件下做了快速评估。尽管SiC MOSFET的比通态电阻(Ron*A)很高,但与另外两种器件相比仍被认为是最有前景的开关器件:SiC MOSFET的总动态损耗远远低于SiC BJT和常闭型SiC JFET,且驱动方案非常简单。因此在高频、高效功率转换领域中,SiC MOSFET是最好的选择。     

针对碳化硅器件的高频逆变器缓冲电路设计

由于大功率、高频高温等运行环境的需求,碳化硅(SiC)器件成为新一代半导体器件的代表,但其尖峰问题一直制约着这一新型器件的发展。以SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)为研究对象,着重从逆变器中运用SiC器件的方面来进行尖峰问题的研究,分析了SiC MOSFET在开关过程中产生尖峰和振荡的原因,通过增加RC缓冲电路的方法对SiC的尖峰和振荡问题进行优化,结果证明RC缓冲电路可以降低SiC器件产生的尖峰和振荡。通过多组实验进行数据曲线的拟合,确定了RC缓冲电路中缓冲电容与缓冲电阻的关系表达式。     

高功率密度碳化硅MOSFET软开关三相逆变器损耗分析

相比硅IGBT,碳化硅MOSFET拥有更快的开关速度和更低的开关损耗。碳化硅MOSFET应用于高开关频率场合时其开关损耗随着开关频率的增加亦快速增长。为进一步提升碳化硅MOSFET逆变器的功率密度,探讨了采用软开关技术的碳化硅MOSFET逆变器。比较了不同开关频率下的零电压开关三相逆变器及硬开关三相逆变器的损耗分布和关键无源元件的体积,讨论了逆变器效率和关键无源元件体积与开关频率之间的关系。随着开关频率从数十kHz逐渐提升至数百kHz,软开关逆变器不仅能够维持较高的转换效率,还能取得更高的功率密度。最后,在1台9 kW软开关三相逆变器和1台9 kW硬开关逆变器上进行了实验验证。     

屋顶光伏发电站光伏组件及逆变器选型分析

以某屋顶光伏发电站的建设为研究案列,从理论上计算该电站在当地气候条件下的发电能力,提出屋顶光伏发电站的建设方案,包括光伏组件选型、逆变器容量及连接方式选择、光伏方阵设计等。所提出的方案不仅具有良好的环境和社会效益,而且具有一定的经济效益,可以为屋顶光伏发电站的建设提供参考。     

配电网中的分布式光伏系统发电性能仿真

针对基于配电网的分布式光伏发电系统发电性能开展仿真研究.分析了分布式光伏发电系统拓扑结构,根据光伏系统关键部件运行机理,建立了光伏组件、光伏逆变器运行模型,根据光伏组件I-V特性,建立光伏组件阴影遮挡模型.结合现场实际测试,确定光伏系统各环节运行模型参数,通过分布式光伏系统各环节结构以及光伏部件,对分布式光伏系统发电性...     

Performance Verification of High‐Efficiency PV Power Conditioner Integrated with SiC MOSFETs and Cooperative Control Method

A high conversion efficiency is always required for photovoltaic power conditioners to utilize PV‐generated DC power with minimal loss. The cooperative control method has been developed as one of the control methods that improves the conversion efficiency, which is applicable to nonisolated power conditioners consisting of a boost converter and an inverter. In the cooperative control method, the boost converter creates part of the AC voltage waveform, and either the boost converter or inverter performs switching only during a required period. Therefore, it has the advantage of reducing switching losses. In this paper, we present a study of a cooperative‐control‐type power conditioner assuming its use in grid‐connected operation and the results of a performance verification of prototype power conditioner. A microcontroller is used for cooperative control. The experimental results show that the prototype power conditioner integrated with SiC MOSFETs and the cooperative control method achieves an efficiency of 97.4% at an output of 5.5 kW.     

SiC肖特基二极管在全桥变换器中的应用

SiC二极管是一种新型的功率二极管,它有着无反向恢复电流的优点。本文讨论SiC二极管在UPS的全桥拓扑中的应用,理论分析了普通SiC二极管反向恢复电流能引起尖峰电压,通过试验证明了无反向恢复电流的SiC二极管可以消去这部分尖峰,并且能降低开关损耗,提高电路效率。