开关频率500kHz的软开关SiC单相逆变器

高频化是提升并网逆变器功率密度的有效途径。SiC MOSFET适用于高频化的应用场合,同时采用软开关技术可维持高转换效率。设计了一台500 kJz零电压开关(ZVS)SiC单相并网逆变器。重点介绍了谐振参数的选取、谐振电感与滤波电感的设计,并在1.5 kW实验模型上进行了验证。实验证明在开关频率为500 kHz时,依靠SiC MOSFET自身的结电容可完成谐振,实现ZVS开通。500 kHz下的滤波电感比100 kHz下的滤波电感体积减小约4/5,满载效率为97.9%。     

软开关单相光伏并网逆变器原理及并网实验

为了优化效率及提升功率密度,提出了一种采用MOSFET的软开关单相光伏并网逆变器及零电压调制方法。介绍了软开关单相并网逆变器的工作原理,通过零电压调制方法控制辅助谐振电路,实现MOSFET的零电压开通,并抑制MOSFET体二极管的反向恢复。因此,逆变器等效开关频率为100 k Hz,并网滤波电感减小。组建了一个30 kW光伏并网发电系统,对10台3 kW软开关单相光伏并网逆变器进行光伏发电测试,验证理论分析及可靠性。     

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。     

SiC MOSFET磁集成开关电感软开关逆变器研究

采用宽禁带半导体器件和软开关技术可显著改善逆变器效率和功率密度。提出采用碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的新型磁集成软开关逆变拓扑。重点研究SiC MOSFET零电压开关(ZVS)关断损耗,通过深入探讨SiC MOSFET寄生电容对ZVS实现的影响及等效寄生电容的提取方法,并构建开关电感磁集成动态损耗模型,优化SiC MOSFETZVS的条件,修正器件电压、电流应力公式,获得了更高效的电路设计参数。最后通过一台20 kW SiC MOSFET磁集成开关电感软开关逆变器实验样机证明了理论分析的正确性。     

基于封装集成技术的高功率密度碳化硅单相逆变器

针对目前家用光伏系统、电动汽车(EV)和航空航天等领域中对单相逆变器的高功率密度需求,首先提出了一种基于新型碳化硅(SiC)功率模块的高功率密度单相集成逆变器。该单相逆变器采用直流侧并联BoostAPF抑制二次纹波,以此减小直流侧电容;采用高频低损的新型宽禁带SiC器件,将boostAPF和逆变器的开关频率提高到100kHz,显著地减小无源元件的体积。再提出一种新型高功率密度低感全SiC半桥混合封装结构,其尺寸仅为10mm×20.5mm,可以极大地减小杂散电感,显著降低了器件的开关应力、EMI干扰及开关损耗;通过采用直接散热结构,并对散热器及整机热流动进行优化设计,使得装置实现高效散热。最后,基于封装集成技术,研制出一台全数字控制的2kW、功率密度58.8W/in~3、CEC效率高达97.3%及最大效率98.3%的高功率密度单相逆变器。     

共源极电感对SiC MOSFET开关损耗影响的研究

共源极电感同时存在于功率MOSFET的功率回路和门极驱动回路中,影响器件的开关特性和开关损耗。共源极电感的影响将随着器件开关速度和开关频率的提高而显得更为严重。碳化硅(SiC)MOSFET相对于硅器件的材料优势使其可以实现更快速的开关过程,共源极电感的影响更加需要考虑。首先分析了现有功率开关损耗测量方法的优劣,然后选用一种通过测量结温升和热阻的方法来测量SiC MOSFET的开关损耗,最后搭建了一台输出功率1kW、输出电压800V的全碳化硅Boost样机,从100kHz到500kHz进行实验验证。实验结果表明,当不含共源极电感时SiC MOSFET的开通损耗、关断损耗均有所减小。     

具有对称辅助电路的谐振直流环节三电平软开关逆变器

为了降低三电平逆变器在高开关频率下的开关损耗,提高其效率,提出一种具有对称辅助电路的谐振直流环节三电平软开关逆变器的拓扑结构,通过在三电平硬开关逆变器的直流环节设置对称辅助谐振电路,利用辅助电路的谐振将直流母线之间谐振电容的端电压周期性下降到零,使三电平逆变器的主开关在直流母线之间的谐振电容端电压为零时完成切换,以实现零电压开关。文中依据不同工作模式下的等效电路图,详细分析该软开关逆变器的工作过程。制作3?kW的谐振直流环节三相三电平软开关逆变器的样机,实验结果表明,逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关切换,效率相比于三电平硬开关逆变器有明显提高。因此所提出的拓扑结构可有效降低三电平逆变器的开关损耗,具有工程实用性。     

基于PLECS的车载SiC单相逆变器损耗研究

近年来,碳化硅(SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在电力电子领域的应用日益成熟。由于其具有损耗低、导通电阻小、开关速度快、频率高等优点,因此,当其应用在车载单相逆变器中时,可以通过提高开关频率来有效地减小磁性元件的体积,从而提高逆变器的功率密度,减轻重量。但随着开关频率的提高,逆变器的开关损耗也随之增加,因此SiC MOSFET单相逆变器的损耗分析在设计过程中至关重要。对车载SiC单相逆变器在单极性正弦脉宽调制(SPWM)下的开关器件损耗进行详细分析;在PLECS仿真软件中搭建SiC MOSFET单相逆变器的电路模型和器件损耗模型;最后搭建SiC MOSFET单相逆变器的实验平台,测试开关器件的损耗,验证损耗理论计算的正确性及损耗模型的有效性。     

用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变器

用硬开关逆变器来驱动无刷直流电机会产生逆变器的开关损耗大和运行效率低的问题。为降低开关损耗,提出一种用于无刷直流电机驱动的新型谐振极软开关逆变器的拓扑结构,通过在传统硬开关逆变器的三相输出端添加辅助谐振电路,利用辅助电路中的高频变压器的等效电感与主开关并联的缓冲电容之间的谐振,实现逆变器主开关器件的零电压开关和辅助开关器件的零电流开关。依据不同工作模式下的等效电路图,分析了电路的换流过程和设计规则,并建立起了辅助谐振电路损耗的数学模型,讨论了谐振参数对辅助电路损耗的影响。制作了1台实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关。该谐振极软开关逆变器能有效改善效率,降低开关损耗。     

基于SiC器件的高频高效率双Buck半桥逆变器

宽禁带器件碳化硅(SiC)半导体耐压高、开关速度快、损耗低,在逆变电源朝着小型化、轻量化和高效率的发展趋势中具有良好的应用前景。对SiC MOSFET性能及双降压式半桥逆变器(DBHBI)的工作原理、参数设计及损耗模型进行了理论分析与实验研究,比较其与Si IGBT逆变器的效率。搭建一台1 kW实验样机进行测试,开关频率100 kHz下最高效率达到96.28%。     

SIC MOSFET在感应加热电源中的应用

目前,感应加热电源技术主要朝着大功率、高频率和智能化控制技术的方向发展。然而,随着逆变开关频率的提高,功率器件的开关损耗随之增加。具有高临界雪崩击穿电场强度、高热导率、小介电常数等突出优点的宽禁带半导体材料SiC MOSFET的应用为这一问题的解决提供了理想的方案。本文详细研究了感应加热电源逆变器的设计、SiC MOSFET器件的驱动电路以及电源的功率扩展等问题;开发出了频率超过800 kHz,单逆变桥功率超过50k W的新型感应加热电源;通过并桥处理,电源单机容量可达200 kW,在一定程度上填补了将新型SiC MOSFET器件应用于感应加热领域的空白。     

ZVS高频变换器在新型微波炉电源中的应用

针对传统微波炉电源变换器的不足,研究了一种新型微波炉电源ZVS软开关高频变换器,详细分析了该变换器的工作原理和整个工作过程,以及该变换器的功率调节特性.样机实验证明,该变换器实现了开关管零电压开关(ZVS)的软开关功能,减小了开关损耗,实现了变换器的高频化,提高了变换效率,更便于调节输出功率.     

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。     

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。     

脉冲密度调制串联谐振型塑料薄膜表面处理电源的研制

该文介绍了一种采用脉冲密度调制（PDM）控制策略的串联谐振型塑料薄膜表面处理电源的研制。PDM控制策略的采用可以确保电源工作于定频和定压，并且可以方便地实现开关管的软化。除满功率情况外，开关管的平均开关频率都低于谐振频率，降低了开关损耗。给出的仿真和实验结果验证了这种脉冲密度调制策略的有效性。     

新型软开关三相并网逆变器

提出了一种新型软开关三相逆变器,可以只采用一个辅助开关实现所有开关的零电压开通(ZVS),并抑制二极管反向恢复。逆变器的主开关和辅助开关具有相同且固定的开关频率,主开关和辅助开关电压应力均等于直流母线电压。分析了软开关三相桥式并网逆变器的软开关过程,研制了20 kW试验样机并完成了试验验证。     

Development of a high-efficiency inverter without audible noise

The proposed inverter combines two methods which can significantly decrease the on-state and switching losses. The first method, using a current transformer and a single transistor, makes possible the reduction of the on-state loss to less than one-third of the usual Darlington transistor. The second method, using an auxiliary commutation IGBT in parallel with the transistor, makes possible zero-voltage switching, resulting in no switching loss. To realize higher inverter efficiency, a snubber and its loss recovery circuit are employed. Three-phase inverters were fabricated experimentally to evaluate our idea. Device volume and weight can be decreased to one-third those of a conventional three-phase inverter, and an efficiency of 98.0% from 5 kW to 20 kW is obtained at a switching frequency of 16 kHz. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn, 120(1): 62–69, 1997     

A lossless switching technique for smart grid applications

Smart grid is an upgrade of the existing electricity infrastructure in which integration of non conventional energy sources are an integral part. This leads to the introduction of harmonics and increased switching losses in the system. Thus there is a need of loss less switching techniques for smart grid applications. Switched mode power supplies (SMPSs) are being extensively used in most power processes [1]. Developments were carried out centered on hard switched converters, where switching frequency is limited to 10 s of kHz [2]. The uses of soft switching techniques, [3], [4], [5], [6] zero voltage switching (ZVS) or zero current switching (ZCS), is an attempt to substantially reduce the switching losses and hence attain high efficiency at increased switching frequency. The soft-switching topologies belong to families namely resonant load converters [3], resonant switch converters [2], [4], resonant transition converters [5], [6], and most recently active clamped PWM converters [7], [8], [9]. The active clamp topology adds an active clamp network, consisting of a small auxiliary switch in series with a capacitance plus the associated drive circuitry to the traditional hard switch converters. The proposed paper basically deals with the design, modeling and simulation of a ZVS–PWM active clamp/reset forward converter having features like zero switching power losses, constant frequency and PWM operation, Soft-switching for all devices and Low voltage stresses on active devices due to clamping action.