7.5 kW电动汽车碳化硅逆变器设计

第三代功率半导体碳化硅SiC(silicon carbide)具有高耐压等级、开关速度快以及耐高温的特点,能显著提高电动汽车驱动系统的效率、功率密度和可靠性。首先,设计了两电平三相逆变器主电路和带有保护功能的隔离型驱动电路,使用LTSpice仿真分析了门极电阻对驱动性能的影响;其次,建立了逆变器的功率损耗与热阻模型,使用Icepak对散热器进行了散热分析;再次,讨论了PCB板寄生参数对主电路和驱动电路的影响,并提出了减少寄生参数的措施;最后,采用CREE公司的1 200 V/40 mΩSiC MOSFET制作了1台7.5 kW的实验样机,并给出了测试结果。     

电动汽车用逆变器的电磁兼容性设计

车用逆变器是电动汽车的核心组成部分之一。由于电动汽车运行环境的复杂性，逆变器处在大量的电磁干扰之中，车用逆变器的电磁兼容性能直接决定着系统能否安全可靠地工作。从工程角度介绍了如何对车用逆变器进行电磁兼容性设计，该设计已应用于实际电动汽车，且运行效果良好。     

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。     

基于电流纹波的SiC MOSFET逆变器死区消除方法

针对碳化硅(SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)逆变器在高开关频率下死区效应严重的问题,提出一种基于电流纹波的死区消除策略。首先,分析了死区效应的产生原因;其次,介绍了非过零区与过零区的死区消除原则基础,通过实时计算电流纹波值,对过零区更新,提出基于电流纹波死区消除方法;最后,搭建了SiC MOSFET三相逆变器实验平台,验证了所提方法可明显提高基波电压百分比、有效降低电流中的谐波含量,且随着电压调制比的降低,所提方法仍能对死区效应起到很好的抑制效果,证明了方法的有效性。     

适用于电动汽车的SiC MOSFET PSpice仿真模型研究

为了基于PSpice电路对电动汽车DC/DC变换器中的碳化硅(SiC)MOSFET的工作特性进行实时准确地仿真,针对SiC MOSFET提出了一种新型的电压控制电流源型VCCST(voltage-controlled current source type)PSpice仿真模型。首先,为了获得SiC MOSFET准确的静态特性建立了电压控制电流源作为SiC MOSFET的内核,以描述SiC MOSFET的转移特性和输出特性;然后,为了获得SiC MOSFET准确的动态特性,建立了基于电压控制电流源与恒定电容的栅漏电容(CGD)子电路模型,所提SiC MOSFET VCCST PSpice模型在简化参数提取方法的同时,能够满足模型准确性的要求;最后,建立的SiC MOSFET VCCST PSpice模型应用于Boost变换器进行仿真和实验,并对SiC MOSFET的特性进行测试。测试结果验证了所提SiC MOSFET VCCST PSpice仿真模型的准确性和实时性,从而为SiC MOSFET在电动汽车DC/DC变换器中的设计和应用提供了便利。     

电动汽车双向阻抗源逆变器分析与控制

提出一种新型双向功率流阻抗源逆变器(Z-Source Inverter,简称ZSI)拓扑结构,以有效解决ZSI在DCM模式时输出电压不可控、系统失稳的难题.详细分析了系统工作原理和PWM信号发生方式.采用开关信号流图SFG方法建立系统稳态与动态模型.并从动态小信号模型推导出系统的传递函数.分析了系统稳定性和动态特性,对两个控制变量(D,M)进行解耦.设计了双环控制器以提高系统动态性能和稳定程度.研制开发了一台55 kVA双向功率流ZSI来验证所提拓扑和控制方法的有效性,实验结果证明系统性能优良,可有效应用于电动汽车等领域.     

基于新型四开关逆变器的集成式电动汽车充电器

对基于新型四开关逆变器的集成式电动汽车充电器进行研究。这种充电器通过重复利用逆变器、电机绕组、传感器以及控制和驱动电路,大幅降低了电机驱动和电池充电系统的成本、重量和体积。在分析集成式充电器的运行原理,并提出了其运行于电力拖动模式和电池充电模式时所采用的调制和控制策略,并在此基础上搭建了仿真模型。仿真结果表明,当这种集成式充电器运行于电力拖动模式时能够在电机绕组上产生正弦电流,使电机正常旋转;当其运行于电池充电模式时,能对电池进行充电,输入功率因数接近于1,输入电流谐波含量较低。     

一种用于逆变器的SiC MOSFET自适应电流源驱动

在传统电压型SiC MOSFET驱动电路中,驱动损耗、功率管开关损耗随着主电路开关频率、电压等级的提高而增大,驱动参数固定条件下,损耗不能得到优化。针对此问题,提出了一种应用于DC/AC逆变器的SiC MOSFET自适应电流源型驱动(CSD)电路,驱动电流可随负载电流自适应变化。以一个半桥逆变器为例,阐述了控制原理,详细分析了恒流驱动下功率管的开关特性,根据SiC MOSFET的驱动要求,以一个开关周期内损耗最小为原则设计了自适电流源驱动电路。最后通过实验验证了所提方法的有效性。     

多重串联型逆变器在电动汽车中的应用

多重串联型逆变器应用于电动汽车有诸多优点。串联结构输出电压矢量种类大大增加，增强了控制的灵活性，提高了控制的精确性；同时降低了电机中性点电压的波动。逆变器的旁路特点可提高充电和再生制动控制的灵活性。     

大功率高压变频器的功率单元热沉研发

在对兆瓦级高压变频器研发中,大功率功率单元的散热是研发的关键,在对大功率IGBT的热设计中,根据IGBT和DOIDE的参数特性,计算其热损耗功率。结合热分析公式研发变频器功率单元的热沉系统,并利用相关的热分析行业软件,完成300A电流等级的通用功率单元的热设计。     

基于SiC的电动汽车用纯电驱动单元研究

电动汽车对加速性和续航里程的要求不断提升,从而对电驱系统功率密度和效率的要求也在不断提升。针对这一需求,分析了SiC半导体材料的优势,提出一种基于SiC的纯电驱动系统方案。分别对SiC基和Si基电驱动单元进行了台架对比测试,测试结果表明SiC基电驱动单元在不增加零件尺寸的前提下,可大幅提高输出功率与效率,进而提升电动汽车的加速性与续航里程。作为一种有效提升电动汽车性能的解决方案,SiC基电驱动单元将是未来高性能电动汽车的重要发展方向。     

新型热沉用复合金属材料

介绍了新型热沉用复合金属材料的设计、制造应用技术及发展前景。它的出现为解决电子元器件的封装热匹配问题提供了一条有效途径。     

50kVA机车空调变频电源

提出了一种以TMS320LF2407A和XC2S200为核心的控制器和以IGBT为主开关器件的电力机车车载50kVA空调变频电源的设计方案,并研制了实验样机。实现了V/F恒定启动、稳压稳频正常运行和降压降频欠压运行的功能。介绍了该变频电源的硬件结构、工作原理、故障保护方案及控制器设计。实验表明,该样机符合电力机车车载50kVA空调变频电源的设计要求。     

基于SiC MOSFET的辅助变流器应用研究

辅助变流器是轨道交通车辆的重要部件,采用SiC MOSFET作为开关器件能整体提升变流器功率密度。将原有变流器系统完成以SiC MOSFET为开关器件的功率模块整体替代,对周边无源器件进行优化设计;根据SiC MOSFET器件特性设计一款驱动电路,并进行性能测试;针对辅助变流器主电路拓扑,建立各部分损耗模型,通过仿真进行验证,并对前后系统进行损耗对比。     

新一代电动汽车智能车载终端设计

为支撑当前电动汽车的运营,需要设计新一代的电动汽车智能车载终端。通过借鉴传统车载终端的设计思路,并考虑电动汽车的特性,分析了电动汽车车载终端在当前应用中应实现的基本功能以及未来的功能愿景;在功能需求分析的基础上,设计并实现了新一代电动汽车智能车载终端的软件及硬件架构;为电动汽车车载终端在电动汽车产业中的应用提出了新的思路,为当前电动汽车及动力电池的研究提供了宝贵的实验数据。     

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%。