碳化硅MOSFET与硅MOSFET的应用对比分析

碳化硅MOSFET具有导通电压低、开关速度极快、驱动能力要求相对低等特点,是替代高压硅MOSFET的理想器件之一。将额定电压、电流相同的碳化硅MOSFET和高性能硅MOSFET应用于反激式变换器中进行对比测试,实验结果表明,在相同的驱动条件和负载条件下,碳化硅MOSFET的开关速度明显快于硅MOSFET;在12 V驱动电平条件下,直接采用碳化硅MOSFET替代硅MOSFET使得变换器的效率明显提升;采用20 V栅极驱动电平,效果更加明显。     

高效率单相全桥软开关逆变器

为使逆变器处于高效率运行状态,提出新型单相全桥逆变器.在各切换周期内,仅需切换1个主开关和1个辅助开关的工作状态,而且辅助开关处于开通状态的时间可设计为常数,与负载电流瞬时值的变化无关.在各切换周期的工作流程中,主开关切换为开通状态前的端电压已为0,其实现了零损耗开通.讨论逆变器在1个切换周期内的工作流程、参数选取原则...     

基于全碳化硅MOSFET的导轨车充电机应用研究

碳化硅器件因其具有高温、高频和低损耗的性能优势,可有效提高系统效率、降低能耗、减小系统体积和重量,在轨道交通领域有广阔的应用前景。为满足轨道交通日趋智能化、小型化、轻量化的发展需求,针对导轨车辅助变流器,研究了基于一种高压全碳化硅MOSFET器件的导轨车辅助充电机,对碳化硅移相全桥充电机进行参数设计,并通过实验验证碳化硅充电机在效率和温升方面的优势,证明了高压碳化硅应用的可行性。     

基于SiC器件的单管无线电能传输电路研究

传统无线电能传输电路多采用全桥或半桥逆变拓扑,该拓扑电路及控制方式相对复杂、可靠性较低;单管LC谐振逆变电路具有结构简单、无直通问题、可靠性高、可实现零电压开通(zero voltage switching,ZVS)等优点。但是由于LC谐振的影响,该拓扑开关管耐压较高,普通Si器件无法满足需求。为此,该文研究一种基于碳化硅(silicon carbide,Si C)器件的单管LC谐振逆变无线电能传输系统。采用互感等效的方式,给出参数详细设计方法;搭建基于Si C器件的单管无线电能传输平台,通过实验比较电路采用Si C器件和采用Si器件在驱动特性、输出特性、负载特性和效率特性上的不同,验证将Si C器件应用于单管逆变无线电能传输电路的可行性。     

处于临界状态下功率因数校正电路的分析

介绍了一种工作于临界导电模式的交错式Boost PFC电路的拓扑结构,分析了其工作原理和参数设计,并且给出了仿真和实验结果。     

有源功率因数校正器的控制策略综述

简要回顾了有源功率因数校正器发展过程中出现的各种控制方案 ,分析和介绍了各控制方案的优缺点及其应用场合 ,展望了功率因数校正器控制策略的发展趋势     

串扰有源抑制型SiC MOSFET驱动方法

硅基(Si)绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)和碳化硅基(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)并联组成的Si/SiC混合器件,已被证实具有SiC MOSFET的高开关频率、低开关损耗特性和Si IGBT的大载流能力、低成本的优势。然而,目前Si/SiC混合器件性能提升的研究并未兼顾效率和可靠性,且存在调控手段单一的劣势。基于此,该文详细分析不同负载电流下驱动电压、开关时序等调控参数对Si/SiC混合器件损耗和电应力的影响,提出一种考虑驱动电压与开关时序协同调控的Si/SiC混合器件开关策略。所提开关策略通过不同电流区间采用驱动电压与开关时序相配合的方式,在保障Si/SiC混合器件可靠性的前提下,提高其运行效率。该文搭建双脉冲测试实验平台与稳态参数测量实验平台对所提开关策略进行验证。实验结果表明,相较于传统开关策略,Si/SiC混合器件采用本文所提开关策略在开通损耗、关断损耗以及导通损耗方面分别减少13%、21%和32%。

     

无桥功率因数校正器的研究

提出了一种无整流桥的功率因数校正器(PFC)及其控制策略：采用零值电流开关(ZCX)功率因数校正芯片UC3852实现PFC的电流断续模式控制,最终达到提高功率因数的目的。相对于由前端整流桥和Boost变换器构成的典型结构PFC,减少了导通损耗。提高了电路效率。本详细分析了电路的工作原理,最后给出了全电压范围下原理样机的实验结果。     

单相控制型软开关逆变器的最小复位电流控制

基于电感电流临界导通模式(critical conduction mode, CRM)的控制型软开关技术可实现开关管零电压开通(zero voltage switching, ZVS),但传统恒定电流复位方法的反向电流大,开关管通态损耗高。文中以单相三电平中点箝位型(three-level neutral point clamped, 3L-NPC)逆变器为研究对象,提出一种具有最小电感复位电流的控制方法。首先,分析开关管ZVS的实现条件,建立谐振等效电路分析模型,推导出电感复位电流理论最小值,在保证整个工频周期内开关管ZVS的同时,降低复位电流导致的开关管通态损耗。然后,建立逆变器损耗分析模型,将文中方法与传统恒定电流复位方法进行损耗计算与对比。最后,搭建一台1 kW的单相3L-NPC逆变器样机进行实验,结果表明文中方法相比于传统恒定电流复位方法,降低了损耗,最高变换效率提升约0.5个百分点。     

基于DAB的蓄电池最小电流应力控制策略研究

双有源桥(DAB)变换器是一种适用于蓄电池充电的双向DC/DC变换器。为减小蓄电池充电过程中的功率损耗并提高传输效率,提出了双重移相(DPS)最小电流应力控制策略,分析DAB变换器全部开关管的零电压开通(ZVS)的电感电流约束条件,求解得到ZVS区域内电流应力最小时的移相比组合,能够减小蓄电池的充电损耗,提高充电效率,并通过理论对比验证了优化效果。仿真与实验结果均表明,所提优化策略可以实现开关管ZVS以及最小电流应力,从而减小损耗,提高变换器的性能。     

一种带有软开关缓冲电路的变流器

为提高变流器的能量转移能力,降低控制电路的复杂性,提出一种适用于升压变流器的新的有源软开关缓冲电路。该电路利用辅助开关来参与能量转移;且升压变流器和缓冲器的开关能以零电压切换(ZV S)关断和零电流切换(ZCS)导通的方式工作。虽然流过升压变流器和缓冲器开关的电流不同,但这些开关在导通的大部分时间里并联运行,因此缓冲器开关参与了从电源到输出的能量转移。两个开关采用相同的控制信号和非隔离的门极驱动电路,控制电路十分简单、可靠。该方法通过一个3.2 kW升压变流器原型的实验结果得到证实。     

改进型ZVS PWM全桥DC-DC变换器的研究

研究一种把软开关技术和移相PWM控制技术以及双向DC DC变换器技术有机结合在一起的新型高频DC DC开关功率全桥变换器。它采用电流模式移相PWM控制,在较大的负载范围内实现了开关器件的零电压软开关(ZVS)。该电路简单高效,超前臂、滞后臂都能在很宽的范围实现软开关。介绍和分析了变换器的工作原理,最后给出了实验结果和两个主要波形,并做出了详细的说明。     

改进型零电压转换PWM软开关功率变换器的实现机理分析

为改进传统谐振缓冲功率变换器(RSI)应用于高精度场合纹波较大的问题,提出一种改进型零电压转换(ZVT)脉宽调制(PWM)软开关功率变换器。通过LC环节减小输出电流纹波,并采用负载分段实现软开关的方式。轻载下利用交变的滤波电感电流实现主开关器件的零电压开通,重载下通过合理的导通谐振回路实现软开关,同时辅助开关器件实现零电流开关。该拓扑可采用PWM控制,具有效率高、纹波噪声小和开关频率固定的优点。通过分析电路的实现机理,对各工作时区进行解析计算,并给出实现软开关的条件。最后通过实验,在200kHz的开关频率下,验证了电路的有效性。相比于硬开关,效率得到了很大的提升,而相比于RSI在效率上虽有降低,但输出噪声却大幅减小。     

一种新型无刷直流电机谐振极软开关逆变器

永磁无刷直流电机具有高功率密度、高转矩/电流比和控制简单等优势,得到了广泛应用。然而,无刷直流电机通常采用硬开关逆变器驱动,硬开关逆变器的系统效率较低,散热器的体积和重量较大,限制了大功率无刷直流电机驱动系统功率密度和性能的进一步提升。针对硬开关逆变器问题,提出了一种无刷直流电机专用的谐振极软开关电压源逆变器。通过在传统硬开关逆变器的三相输出端添加辅助谐振网络,实现了逆变桥主开关器件的零电压(ZVS)开关动作,辅助双向开关在零电流开关(ZCS)条件开通和关断。针对新型软开关逆变器,提出了一种新的脉宽调制(PWM)控制策略——TPWM TON,逆变桥上下侧开关器件轮流进行PWM调制,保持了直流母线中点电位的平衡,且使主开关和辅助开关的开关频率降到PWM调制频率的一半。对提出的软开关逆变器进行了实验研究,实验结果验证了电路结构、理论分析和控制策略的正确性与可行性。     

高压直流输电系统中的全桥直流变压器研究

研究了一种高压直流输电系统中的重要组成部分,即直流变压器。全桥直流变压器具有输入输出电压成比例,易于实现软开关等优点。详细分析了全桥直流变压器的工作原理,介绍了电流连续和断续两种工作模态,讨论了全桥直流变压器的输出特性以及漏感的选取,并在此基础上进行了实验验证,分析了影响直流变压器特性的因素。实验结果表明,直流变压器可以实现功率的传输和电压的提升,适用于高压输电系统。     

高压大功率器件用高温栅偏测试装置研制

为准确评估硅IGBT和碳化硅MOSFET等高压大功率器件不同电应力及热应力条件下的栅极可靠性,研制了实时测量皮安级栅极漏电流的高温栅偏（high temperature gate bias,HTGB）测试装置。此外,该测试装置具备阈值电压在线监测功能,可以更好地监测被测器件的状态以进行可靠性评估和失效分析。为初步验证测试装置的各项功能和可靠性,运用该测试装置对商用IGBT器件在相同温度应力不同电应力条件下进行分组测试。初步测试结果表明老化初期漏电流逐渐降低,最终漏电流大小与电压应力有良好的正相关性,栅偏电压越大,漏电流越大。该测试装置实现了碳化硅MOSFET器件和硅IGBT器件对高温栅偏的测试需求且适用于各种类型的封装。     

Soft switching based on analysis of transient and steady-state characteristics: Application to a single-ended high-frequency inverter

A single-ended resonant-type high-frequency inverter using a static induction transistor (SIT) described in this paper can be performed as a zero current switching (ZCS) operation without dc reactor. The SIT high-frequency inverter is a low-cost one which has no transformer and it would be developed for a high-intensity ultrasonic power supply and dc-dc converter. The circuit operation regions, not only ZCS but also ZCS-ZVS (zero current switching and zero voltage switching), were elucidated in the normalized plane. The characteristics of the inverter including the power control by frequency regulation were discussed. Furthermore, the switching characteristics in the transient-state were investigated. These characteristics were substantiated on the basis of the numerical analysis and experimental results.     

不对称控制全桥副边双谐振DC-DC变换器

提出一种全桥副边双谐振(full-bridge secondary-dual-resonance,FB-SDR)DC-DC变换器。变换器无需添加辅助电路即可在全负载范围内实现开关管的零电压开关和副边整流二极管的零电流关断,减小了开通损耗和反向恢复损耗;同时,采用不对称控制策略,消除了传统移相全桥变换器的环流损耗,提高了变换器的效率;有效抑制了整流二极管的电压尖峰和振荡,将整流二极管电压箝位在输出电压,减小了电压应力,进一步提高了变换器的性能。详细研究FB-SDR变换器的工作原理及稳态特性,并对电路关键参数进行设计。最后,通过搭建一台1 kW、400 V/48 V的实验样机,验证理论分析的正确性。     

一种新型的零电压谐振极型逆变器

为实现一种结构简单，高效，高频，低的电压应力，易于控制的软开关三相逆变器。该文提出一种新型的三相谐振极逆变器，它可以实现逆变器主开关的零电压开通，辅助开关管的零电流开关，谐振电路功率小，与传统的辅助谐振变换极逆变器(ARCPI)不同，它避免了ARCPI使用的2个大电容，也没有中性点电位的变化问题。与三角形或星型谐振吸收逆变器(RSI)的三相谐振电路之间互相耦合不同，它的三相之间是互相独立的，这就使得逆变器易于应用各种控制策略。该文选取一相电路，对其工作原理进行了分析，给出了在不同工作模式下的等效电路图，仿真和实验结果都验证了原理的正确性。     

A soft‐switching high step‐up DC‐DC converter with a single magnetic component

A soft‐switching high step‐up DC‐DC converter with a single magnetic component is presented in this paper. The proposed converter can provide high voltage gain with a relatively low turn ratio of a transformer. Voltage doubler structure is selected for the output stage. Due to this structure, the voltage gain can be increased, and the voltage stresses of output diodes are clamped as the output voltage. Moreover, the output diode currents are controlled by a leakage inductance of a transformer, and the reverse‐recovery loss of the output diodes is significantly reduced. Two power switches in the proposed converter can operate with soft‐switching due to the reflected secondary current. The voltages across the power switches are confined to the clamping capacitor voltage. Steady‐state analysis, simulation, and experimental results for the proposed converter are presented to validate the feasibility and the performance of the proposed converter. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.