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%。     

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。     

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。     

一种碳化硅与硅器件混合型三电平有源中点钳位零电压转换软开关变流器

该文提出一种碳化硅与硅（SiC&Si）器件混合型三电平有源中点钳位零电压转换（3L-ANPC ZVT）变流器拓扑。该拓扑中每相主电路采用两个SiC MOSFET器件工作在高频,其余主电路开关为Si器件工作在低频,通过辅助电路使得SiC器件工作在ZVT软开关条件下,进一步降低SiC MOSFET高频开关损耗和开关应力。拓扑中辅助电路开关采用Si器件且仅在主器件换相过程工作,具有额定电流小且无开关损耗的特点。该文首先介绍该软开关变流器的电路拓扑结构和工作原理,并给出辅助电路参数的优化设计过程。然后基于双脉冲测试数据对变流器进行损耗建模,分析对比不同开关频率下硬开关和软开关有源中点钳位三电平变流器的损耗分布和效率变化,揭示所提出的软开关变流器拓扑在高开关频率下可以有效改善变流器的效率。最后通过搭建的单相变流器实验平台验证上述分析结论的正确性。     

新型直流侧级联光伏逆变系统的研究与分析

新型直流侧级联的光伏逆变系统拓扑结构由多路单相全桥变换器与其连接的直流侧电容组成,直流侧电容串联能减少逆变桥电压。该拓扑结构使得MOSFET这种开关器件得到更广泛的应用。使用该拓扑结构可减小主电路的电流,同时由于使用了MOSFET,电路中的开关损耗减少了很多,因此降低了线路损耗。更为重要的是,通过对级联逆变器使用载波移相SPWM方式,降低了系统的工作频率,从而直接有效地降低了开关器件的损耗。最终通过仿真验证了该拓扑结构的有效性,研究结果表明多路直流侧级联光伏逆变系统具有较优越的谐波抑制能力,其直流电压控制简单。     

500VA高效率单相航空静止变流器研制

给出了一种新型单相航空静止变流器;分析了它的工作原理和特性.该静止变流器的前级采用推挽正激式变换器;后级采用双降压式逆变器.根据电路拓扑的特点,对功率MOSFET和功率二极管进行了优化设计,使两级变换器均达到了较高的效率.另外,还对两级变换器的驱动电路进行了优化设计,从而保证了系统实现高效率.给出的500VA航空静止变流器的实验波形和测试结果进一步证明了分析与设计的有效性.     

两单元五开关级联H桥逆变器及其调制策略

大容量中频逆变电源对输出电压波形质量要求较高,且存在开关器件损耗较大的问题。结合两单元级联H桥逆变器和五开关五电平逆变器,得到改进的逆变拓扑,即两单元五开关级联H桥逆变器,并给出了与之对应的改进载波移相正弦脉冲宽度调制策略。改进后的拓扑不仅具备两单元H桥级联逆变器能够实现较高等效开关频率的优点,而且具备五开关五电平逆变器使用开关器件少、输出电压电平数多、总谐波失真小、器件损耗小等优点,因此较适合于大容量中频逆变场合。最后通过Matlab/Simulink平台搭建了两单元五开关级联H桥逆变器的仿真模型,仿真结果验证了理论的正确性。     

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。     

电压型逆变电路控制方法的分析

介绍了逆变电路的几种控制方法,通过对电压型逆变电路全桥和半桥结构进行对比,分析了两种逆变电路的原理和特点,为逆变电路的实际应用提供了理论依据。     

逆变器并联控制技术研究

本文研究了无输出隔离变压器的逆变器并联系统环流特性及其并联控制实现。在确定双闭环控制逆变器闭环传递函数并了解其等效输出阻抗特性的基础上,建立了基于等效输出阻抗的并联系统模型分析其环流特性,并提出了一种新的基于有功功率和无功功率的逆变器并联控制方案,最后通过实验验证了逆变器并联控制方案的可行性。     

级联型逆变器的新进展

级联型逆变器作为最早出现的多电平逆变器在大中功率场合得到广泛的应用.在介绍了级联型逆变器的特点、结构、调制和控制手段的基础上,讨论了均衡控制、故障诊断和容错控制,最后介绍了应用情况.     

Trans Z-source-based half-bridge inverter: A method for achieving high voltage gain

This article offers a modified trans Z-source-based half-bridge inverter topology. A suitable pulse width modulation (PWM)-based control method is applied on the proposed inverter. Regarding this control technique, the state of switches in each of the operational states is obtained, and their equivalent control circuits are demonstrated and examined in depth. With the help of the results of these analyses, the boost factor for the proposed structure can be calculated. Additionally, the necessary equations for designing the passive components, as well as the power ratings of the active components, are found. Then, in order to evaluate the advantages and disadvantages of the proposed topology, a comparative study is conducted in several aspects, including the boost factor, the voltage stresses on capacitors, and the voltage stresses on passive devices. This comparison demonstrates that the proposed topology provides a high boost factor while minimizing voltage stresses on the devices, resulting in a smaller volume and size and a lower cost. Once the proposed topology has been thoroughly analyzed, the total power losses and the percentages of power losses consumed by each component device are calculated to obtain efficiency. Finally, an experimental prototype based on the equations for passive and active components is developed. Experiments are used to verify the validity of the proposed topology and the accuracy of the equations.     

Multiple single-phase PWM inverter by means of combination control

A new multilevel inverter with simple circuit configuration and control is proposed here. The inverter is composed of a series connection of individual single-phase inverters. The number of the output voltage levels depends on the number of the individual inverters in series and their output voltage level. The switching devices in the new circuit configuration can be reduced by using a common switching-leg for the individual inverters. In this inverter circuit, the number of the levels is equal to 2^m-1 or 2^m where m is the number of switching-legs used. In the paper, a 15 level inverter using four switching legs (m = 4) is introduced. If the number of voltage levels is increased, smoother sinusoidal waveforms can be obtained directly and it is possible to control the output voltage almost continuously from zero to maximum without generating high-voltage step changes as pulsewidth modulation techniques. The control principle, the circuit configuration and the characteristics of the output voltage control are discussed. The feasibility of the circuit is demonstrated by simulation and experimental results.     

完全的无源软开关功率逆变器研究

提出了一种针对功率桥式逆变电路的新型完全无源软开关拓扑 ,实现桥臂对管的零电流开通、零电压关断以及续流二极管反向恢复条件的改善。方案仅在主电路采用少量的电感、电容和二极管作为附加元件 ,不需要任何额外的电源、检测、控制 ,不影响原有控制策略 ,适用于高频功率逆变器场合。相应给出了换流分析、解析描述、参数灵敏度分析以及仿真、实验结果 ,验证了分析和方案的正确有效。     

一种达到最高效率的新型软切换三电平逆变器拓扑结构(英文)

软开关三电平逆变器(soft switching three-level inverter,S3L)于2011年首次推出。它代表了脉宽调制(pulsewidth modulation,PWM)逆变器的一种新的拓扑结构,应用于电力驱动,光伏和风力发电厂的并网逆变器,以及用于供电领域。因其结构非常简单,所以价格相当低廉。它完全在软切换模式下运行,并且持续表现出极低的切换损耗。其结果是,效率非常高,而且可以实现特别高的切换频率。该论文对其功能进行描述,还展示一部输出电源为20~90 kVA的逆变器样品,并对测试结果作详细说明。     

中功率变频调速传动合理选型问题初探

对变频调速传动的合理选型问题进行了深入分析 ,提供了对选型方案进行技术和经济评价的方法和依据标准。据此 ,指出了目前惯用的选型所带来的经济损失和价格势垒 ,推荐了一组经济合理的电压等级和功率搭配方案 ,并对所推荐方案在技术性能方面的合理性进行了论证     

采用主从型逆变器结构的静态同步补偿器

针对6kV中压电网三相平衡负载的无功功率补偿，结合二极管箝位多电平逆变器和H桥级联多电平逆变器的特点，提出了一种能够直接并入电网的新型主从式逆变器结构：主逆变器采用二极管箝位三电平逆变器，从逆变器采用3个H桥(即全桥)逆变器。主逆变器和H桥逆变器采用级联的形式连接，构成一个五电平的混联逆变器。H桥逆变器负责产生一个方波电压，构成输出正弦电压的基本成分；主逆变器产生输出电压的补偿部分并负责消除低次谐波。最后通过仿真结果证明了所提出的这种主从型逆变器STATCOM结构在消除谐波方面的优越性。     

多重逆变器的新型差补PWM技术

当多重叠架式逆变器重数过多时系统结构庞大，驱动脉冲的分配也比较复杂，提出一种新型差补逆变器的拓扑结构及PWM的控制方法，利用差补技术在逆变器层数不变的情况下可得到更多的电平，从而改善逆变器的性能，实验结果证实了分析的正确性。