电动汽车SiC MOSFET风冷逆变器的散热器设计

电动汽车驱动逆变器对功率密度具有很高要求,驱动逆变器的散热设计不仅影响电驱动系统能否可靠运行,同时散热系统的体积也成为制约逆变器功率密度的瓶颈。基于20 k W电动汽车Si C MOSFET风冷逆变器,分析散热器热阻与其几何尺寸的关系,在满足逆变器散热要求的条件下,对散热器风扇个数、散热沟槽数、肋片厚度以及散热器的沟槽长度进行设计,并分别采用热仿真和实验对理论设计进行比对。     

基于碳化硅功率器件的光伏逆变电路设计

文中基于对碳化硅(SiC)功率MOSFET器件的理论研究,设计了用于大功率光伏逆变的ZVT PWM Boost逆变器电路。针对基本的逆变器电路结构并结合ROHM公司的SiC功率器件特性,优化了电路中的其他元器件参数。针对逆变器主电路结构以及实际光伏逆变过程中的需求,确定了驱动芯片选型和电路模块的拓扑结构。最后文中使用Or CAD Capture CIS软件对逆变器的主电路和控制驱动电路模块进行模拟仿真,验证了逆变器的功能。所设计的逆变器仿真结果表明,其效率为98.15%,与Si基的IGBT电路相比在效率方面提高了3.15%。     

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。     

基于PLECS的SiC逆变器热设计研究

SiC器件在逆变器中的应用,使散热设计成为了高频逆变器的一个关键技术。为此,文章提出一种基于PLECS软件的SiC三相逆变器热设计方法。建立了SiC逆变器总损耗的计算模型,进行了热阻等效,并分析了散热器热阻值几何结构、特性参数的关系。在此基础上以功率10 kW的SiC MOSFET逆变器为应用对象,在PLECS软件中搭建了SiC逆变器的热-电系统,仿真分析了SiC MOSFET的损耗来源,设计了合适的散热器热阻值,根据散热器热阻模型设计散热器并在实验中完成测试,验证了该热设计方法的合理性与正确性。     

高速列车变流系统热设计与温升仿真研究

变流系统是决定高速动车组动力配置的重要组成部分之一,其散热能力在很大程度上影响着变流系统的容量。论文简要介绍了高速列车牵引传动系统结构及其冷却方式,运用二次线性化的方法对牵引变流器中的主逆变器功率器件损耗进行建模,并推导出了具体的计算流程。另外,利用热仿真软件FloTHERM对功率模块特定工作状态下的热分布情况进行仿真,并与计算结果及列车运行实测数据比对,证明了建模及仿真分析的可靠性,为变流器的损耗计算及散热设计提供了方法和依据。     

IGBT并联特性的研究与仿真

为满足大功率逆变器的设计需要,针对功率器件IGBT并联使用时的工作特性进行了研究.主要分析了驱动电路和器件各参数不理想时对IGBT并联工作产生的不利影响,重点研究了电流分配、安全工作范围、散热以及寄生振荡等关键问题.最后结合仿真结果,提出保证多个IGBT并联工作的合理建议.     

模块化功率单元散热结构的设计

介绍了模块化功率单元结构设计的作用,进而对模块化功率单元的散热结构进行了设计.在设计中,对热量损耗进行了计算,对散热风机和散热器进行了选型,并进行了仿真分析.     

基于PEBB概念的链式结构DSTATCOM换流模块设计

为提高链式结构DSTATCOM的补偿性能和可靠性,基于电力电子积木(PEBB)概念设计了其"即插即用"型基本功率单元——基于H桥逆变器的换流模块(HCM)。介绍HCM的主电路主要设计选型,并针对额定容量278 kW、电流600 A的HCM进行了结构和散热设计。为提高HCM工作灵活性和抗干扰能力,基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)设计模块控制器,实现对模块控制、检测和采样,采用专用驱动核芯片设计驱动电路工作,完善保护并提高模块稳定性。介绍了用于HCM测试的实验平台,在10 kV/±3 Mvar的DSTATCOM工业样机上运行所设计的HCM,验证了模块的各部分功能的运行性能和可靠性。     

基于平面变压器的交错反激微功率光伏逆变器设计

微功率光伏逆变器具有抗光照阴影能力强等特点,为光伏逆变器重要架构之一。为提高反激微功率光伏逆变器效率,采用低端有源箝位电路并深入分析了其工作原理和关键参数设计依据,为改善户外高温环境下高频功率变压器温升,采用平面变压器技术充分利用其表面积大易于散热、PCB线圈载流能力强特点,并提出采用双磁芯拼接结构,以及高耦合系数的线圈结构。设计了一台直流输入电压范围22～36V,输出220W/220Vac的样机,并建立了基于Saber的仿真模型,搭建了实验样机。仿真和实验表明,设计的样机工作稳定,性能良好,证明了设计的正确有效性。     

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...     

基于新型三电平逆变器的无刷直流电机控制方法

为了提高控制性能和驱动容量,无刷直流电机常采用二极管钳位式三电平逆变器结构,但是这种结构存在桥臂内侧功率开关器件关断过电压及中点电位不平衡的问题,论文提出了一种新型三电平逆变器驱动的拓扑结构并进行了研究。首先对其钳位三相桥臂内侧6个功率开关器件关断过电压的原理进行了对比分析,并对4种开关状态的自动均压原理进行了研究,分析了其64种电压空间矢量对中点电位的影响特性。接着提出了钳位电容电压的平衡控制策略,进而给出了基于空间向量脉宽调制(space vector pulse width modulation, SVPWM)的策略,并给出了无刷直流电机基于新型三电平逆变器结构的双闭环控制策略。最后基于样机平台进行了实验,结果证实了研究内容的正确性和有效性。     

基于CFD的储能变流器功率单元结构和散热研究

针对储能变流器功率单元体积小、功率密度高、运行环境条件差的特点,对该功率单元结构和散热参数进行设计和优化。采用SolidWorks进行3D建模,采用计算流体力学(CFD)有限元分析软件进行散热仿真,求得该单元在设置的结构参数和环境条件下散热器的表面温度,并将其与测试结果进行了验证,以翅片数、散热器进出风口面积、散热器材料、风机流量压力、发热功率、热管数量作为设计变量。研究结果表明:散热器翅片数量和间隙设计、风机的合理选型设计、热管的使用使功率单元的散热效率提升,体积减小,成本降低,该功率单元散热完全可满足使用要求。     

立式功率单元功率柜结构设计

随着电力电子技术的发展,适用于各类新能源场合的双向可控变流功率阀越来越受到关注。基于立式功率单元,对功率阀应用最广的柜式结构从散热结构、抗振结构两方面进行设计,然后对功率柜进行温升试验和抗振试验,验证了所设计的功率柜在散热结构和抗振结构两方面均具备合理性,为后续同类型功率柜设计提供设计参考。     

软开关技术三相PWM逆变器及效率的分析研究

首先对一种软开关技术三相PWM逆变器电路的工作原理及实验验证结果进行了介绍和分析。然后用对比的方法对文中讨论的软开关逆变器电路的功率损耗及工作效率进行了详细的数学描述 ,给出了开关器件及由其构成的逆变器功率损耗的简化数学模型。最后在一个驱动三相电动机的逆变器实际电路中对相关的数学分析结论进行了实验验证 ,实验结果完全验证了文章中的理论分析结果     

光伏微型逆变器研究综述

主要对采用改进型功率解耦方案的微型逆变器拓扑进行了综述。阐述了微型逆变器光伏并网方案的优势,说明了微型逆变器的设计要求。通过对微型逆变器的拓扑结构和功率解耦环节进行分析,指出功率解耦环节是影响逆变器寿命的主要因素。归纳了能有效提高微型逆变器寿命的三种改进型功率解耦方案,结合国内外研究现状,重点介绍了单级式与多级式微型逆变器拓扑,并说明了各类型拓扑的优点和不足之处。根据微型逆变器的特点和发展前景,对今后的研究方向做了展望。     

基于RDF的分布式继电保护一体化应用平台研究与实践

主要对采用改进型功率解耦方案的微型逆变器拓扑进行了综述。阐述了微型逆变器光伏并网方案的优势,说明了微型逆变器的设计要求。通过对微型逆变器的拓扑结构和功率解耦环节进行分析,指出功率解耦环节是影响逆变器寿命的主要因素。归纳了能有效提高微型逆变器寿命的三种改进型功率解耦方案,结合国内外研究现状,重点介绍了单级式与多级式微型逆变器拓扑,并说明了各类型拓扑的优点和不足之处。根据微型逆变器的特点和发展前景,对今后的研究方向做了展望。     

输入串联输出等效并联多逆变器驱动的高压大功率无线电能传输系统研究

提升逆变器输入侧直流电压源的电压等级,是实现更大功率无线电能传输的可行方案之一。但单个开关器件的额定电压有限,满足不了更高输入电压的需求。为此,文章设计了一种输入串联输出等效并联多逆变器驱动的高压大功率无线电能传输系统。该系统采用多个逆变器串联以承担较高的输入直流电压,同时每个逆变器驱动一个独立的发送线圈向同一个接收线圈发送功率。文章在考虑多个发送线圈之间互感的情况下对该系统的谐振电路参数进行了设计,分析在零相差(Zero Phase Angle,ZPA)及非零相差两个条件下系统的电流和功率输出能力,发现了运行角频率及互感的乘积对系统输出能力具有重要影响。开发出由三个逆变器串联驱动的无线电能传输样机,在750 V直流输入条件下获得最大38. 4 kW的无线电能传输功率,效率达88. 7%。     

燃料电池电站功率调节系统主电路研究

在燃料电池电站功率调节系统设计中,为了达到高效率、高可靠性和低成本的总体目标,需对功率调节系统进行优化设计。通过分析电路结构、工作电压等级和工作频率等因素,探索了功率调节系统的优化设计理论和规律。按功率调节系统优化设计规律,研究了50 kW级燃料电池电站的功率调节系统电路结构与工作参数的优化配合关系。同时设计了燃料电池中通过逆变器直接与负载联结以及通过升压斩波器-逆变器与负载联结两种电路的结构和参数。最后,通过实验对所提出的设计进行了验证。     

基于SolidWorks的功率单元热力分析

为了提高高压变频器功率单元散热设计的合理性和可靠性,对其进行热力分析仿真研究.通过计算功率单元发热器件的功率损耗,运用热阻和温升的数学模型选择散热器并借助SolidWorks计算机仿真软件,模拟高压变频器功率单元在正常运行时的工况条件,对功率单元进行热力分析.分析结果表明,功率器件的运行温度满足设计指标的要求,验证了功率单元结构排布设计、散热器设计选型方面的合理性.     

小功率开关磁阻电动机驱动系统设计

针对低速电动车使用的小功率开关磁阻电动机,设计了对应的驱动系统。采用不对称半桥结构作为主电路,应用铝基板散热方案,解决了主开关器件功率MOSFET的散热问题。针对控制电路和驱动电路的要求,设计了辅助开关电源。基于IR2110设计了MOSFET的驱动电路,给出了自举回路和过电流保护电路的计算和设计方法。同时,基于数据采集卡PCI-6220和LabVIEW设计了一套开关磁阻电动机测试系统。该系统在低速电动车和观光车等特种车辆上实践成功,并在贵州新能源汽车基地实现产业化。