SiC MOSFET高频感应加热电源系统研究

采用新型功率开关器件SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),利用多器件并联和多逆变桥并联的扩容方式完成了800 kHz/150 kW高频大功率感应加热电源的系统研制。设计了易实现且实用性较强的SiC MOSFET驱动电路,提出带延时补偿调整的锁相控制策略,并对直流过流检测保护电路和失锁检测保护电路进行了设计。试验结果表明了所设计的感应加热电源能够实现安全可靠运行。     

超高频感应加热功率器件MOSFET突波抑制探讨

本文主要探讨超高频电磁感应加热电源中MOSFET功率器件应用时,为达到高稳定度,设计时需研究相关技术：包括以零电压切换技术来达到突波抑制、防止功率器件震荡的MOSFET小信号模式分析、RBSOA的量测、MOSFET失效检测、器件温度影响等课题。研究构建了3 kW超高频感应加热电源,工作频率最高可达1MHz,硬件架构采用串联共振系统,藉此研讨该电源相关课题     

一种新型感应加热电源双机并联拓扑的研究

感应加热电源的功率需求越来越大，已经超过了单个逆变桥所能承受的功率等级，为此需要并联逆变桥。然而并联中环流问题影响了逆变器的运行安全。提出了一种新型的感应加热负载拓扑即LLC负载，通过模型分析以及仿真和实验结果证明这种新拓扑有利于多个逆变器并联运行，有效地减少了逆变器之间的环流，且可以调节各逆变器输出功率的大小。     

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。     

同步双频感应加热电源的研究与实现

双频感应加热技术利用不同频率涡流趋肤深度不同的特点在齿轮等表面非均匀工件的淬火应用中有着显著的优势,基于双逆变桥结构的同步双频感应加热电源为主要研究对象,重点研究并解决了双频功率输出、阻频性能等技术要点,设计了同步双频感应加热电源功率合成电路及元件参数,搭建同步双频感应加热电源实验平台,分别对中、高频电源单独工作及联合工作时负载波形进行研究分析,验证了所设计的同步双频感应加热电源中双频各自输出的稳定性及相互独立性,实现了10 kHz中频及200 kHz高频10~30 kW的功率合成。     

时间分割式IGBT高频感应加热电源的研究

研究了一种采用时间分割控制方法的IGBT高频感应加热电源。该方法充分利用了IGBT器件的高压大容量器件特性,使采用IGBT替代功率MOSFET制作高频大容量感应加热电源成为可能。采用这种控制方式的高频大功率电源电路结构简单、控制方便,电源的输出频率可以得到极大的拓展,具有很好的应用前景。     

基于多电平逆变器的高频感应加热电源若干问题的研究

由于功率金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)电压容量等级较低,为实现高频感应加热电源的大功率输出,对基于多电平变换技术的串联谐振电压源逆变电路在感应加热电源中的应用问题进行了研究.给出了一种带无源无损吸收电路的多电平逆变拓扑结构以及吸收电路的参数设计方法,实现了逆变电路中二极管反向恢复现象的抑制及功率器件开关条件的改善;通过对逆变电路死区工作过程的分析,确定了逆变电路的信号触发方式,解决了负载电压二次换向及电压波形的调整问题.通过工作频率为500kHz的感应加热电源的仿真和实验结果,验证了研究工作的可行性及正确性.     

单逆变桥双频感应加热电源的数字化逆变控制

在对齿轮等具有凹凸结构的金属工件的感应加热淬火中,同步双频感应加热具有加热均匀、效率高、成本低等优点。在单逆变桥同步双频感应加热电源的电路结构基础上设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的逆变控制系统,实现了数字锁相环、数字化正弦脉宽调制(SPWM)的模块设计,进行了理论分析和仿真研究。并在MOSFET高频感应加热电源搭建的实验平台上,对开环电路和闭环电路分别进行试验,验证了逆变数字化控制策略的正确性和可行性。     

200kW/400kHz固态高频感应加热电源

随着大功率半导体器件的发展,固态高频电源在容量和频率两方面都得到很大提高,除在一些特殊应用领域(如高频介质加热等行业)外,固态高频电源完全能取代电子管高频电源,而成为新一代感应加热电源的代表。本文以MOSFET作为逆变器的开关器件,以多管并联的方式开发出容量为50kW的单桥,然后以逆变桥并联的方式研制出200kW/400kHz的逆变器。设计了特殊的大功率驱动电路,实现了对器件多管并联的可靠驱动。采用PI控制的锁相环(PhaseLockedLoop,PLL)方法,实现了对负载频率的准确跟踪和对逆变状态的可靠控制,保证了逆变器的安全。采用高频变压器实现负载阻抗的匹配,不仅保证了逆变器的高输出功率,而且实现了逆变器之间的均流。     

基于SiC MOSFET户用光伏逆变器的效率分析

户用型光伏逆变器的发展趋势是高频化、高效率、高功率密度,近年来,SiC MOSFET在电机驱动、光伏逆变器等场合得到了广泛研究。本文将SiC MOSFET应用于1.6kW两级式光伏逆变器中,提高逆变器的开关频率,对前后两级独立进行了效率分析。在前级Boost中,比较了20 kHz 到100kHz 开关频率下,SiC MOSFET和Si MOSFET 对Boost效率的影响;在后级逆变器中,比较了100 kHz SiC MOSFET逆变器与20 kHz Si MOSFET H6逆变器的效率。搭建了1.6kW两级式光伏逆变器实验模型,采用SiC MOSFET,并在逆变器实验模型上对分析结果进行了实验验证。     

PSM高频逆变电源在金属针布热处理中的应用

根据金属针布热处理工艺的要求,采用脉冲均匀密度调制(Pulse-SymmetricalModulated,PSM)功率控制串联谐振式DC/AC逆变器,设计了100kHz/5kW金属针布高频感应热处理电源。逆变器采用全桥串联谐振式电路,具有变频和功率调节两个功能。逆变器的开关管按照PSM的控制策略实现功率控制;逆变器跟踪负载谐振频率,控制开关管在零电流下开通和关断,实现零电流和零电压软开关。将本文设计的金属针布高频感应热处理电源应用于实际系统,改变了传统的热处理工艺,具有节能、加热温度均匀等优点。     

Single‐Stage ZVS‐PWM AC‐AC Power Converter Using All SiC Power Module for High‐Frequency Induction Heating Applications

This paper presents a novel prototype of a single‐stage zero voltage soft‐switching pulse‐width modulation ‐controlled ac‐ac converter with a silicon carbide (SiC)‐MOSFET/SiC‐SBD power module for high‐frequency (HF) induction heating (IH) applications. The newly developed ac‐ac converter can achieve higher efficiency than a Si‐IGBT/Si‐PN diode power module‐based prototype due to a low ON‐resistance of SiC‐MOSFET and a low forward voltage of SiC‐SBD under the condition of HF switching. The performances of the new prototype converter are evaluated by experiment with a single‐phase IH utensil of ferromagnetic stainless metal, after which the high‐efficiency and low switching noise characteristics due to the all SiC power module are actually demonstrated.     

基于DSP的60 kW/300 kHz高频感应加热电源

介绍了一种基于DSP的高频感应加热电源。现以MOSFET为开关器件,并通过逆变器并联扩容为60kW/300kHz。采用多重斩波技术,增大了斩波电路的容量,将基于DSP的fuzzy-DPLL复合数字锁相环技术应用在高频场合,使锁相有快速的动态性能和高精度的稳态性能,实现了对负载频率的可靠跟踪及对逆变状态的可靠控制,提高了逆变器的工作效率和功率因数。     

SiC器件对并网逆变器EMC特性和效率的影响

近年来,宽禁带器件SiC MOSFET在并网逆变器邻域已经取得了越来越多的关注。首先,讨论了SiCMOSFET三相并网逆变器EMC模型的建立,并通过分析噪声源的模型进行等效替代,结合逆变器损耗对于噪声传导路径的阻尼作用,得到了SiC逆变器的EMC仿真模型和理论模型;然后,通过逆变器平台实验的结果与仿真模型和理论模型的结果进行了对比,验证了模型的可行性;最后,通过实验比较了沟道栅SiC逆变器、平面栅SiC逆变器和Si IGBT逆变器3者在相同开关频率下的传导干扰和不同开关频率下的满载效率。     

单桥"寄生中频"双频感应加热电源的研究

感应加热技术如今已经广泛应用在工业领域中,对于齿轮这种复杂的工件,采用双频感应加热技术可以使得齿轮表面加热均匀,硬度高。研究了一种新型的同步双频感应加热技术,采用高频电源"中频寄生"的方式产生双频,从而实现对齿轮的加热。主要分析了单逆变桥的复合谐振网络以及"寄生中频"产生的原理,利用Saber仿真软件进行电路的搭建与仿真。最后搭建实际电路进行验证,通过示波器测得稳定的双频电流波形,从而验证了单逆变桥"寄生中频"双频感应加热技术的可行性。     

高频谐振逆变器的功率MOS管驱动电路

负载谐振桥式逆变器中功率MOS管工作在软开关状态,开关频率的提高,要求门极驱动电路具有充电电流大、开关速度快、驱动损耗小的特点.文章通过对传统门极驱动电路和现存的谐振驱动电路分析比较后,提出了适合高频谐振逆变器中功率MOS管的谐振电流型驱动电路,并分析了其工作过程.理论分析与实验结果表明:此驱动电路中功率MOS管的充放...     

三相四线制软开关SiC逆变器软开关工况分析

逆变电源的开关频率上限受到功率器件的动态损耗限制,导致较大的输出滤波元件的体积。零电压开关正弦脉宽调制(ZVS-SPWM)三相四线制逆变器电路只需引入1个辅助开关和2个较小的无源元件,就可以实现电路中所有开关器件的零电压开关。重点分析了SiC MOSFET寄生电容对零电压开关实现的影响,并在此基础上探讨了等效寄生电容值的提取方法,修正了零电压开关条件和功率器件电流、电压应力的计算值。最后在10 kW SiC MOSFET三相四线制零电压开关逆变器实验平台进行了验证。