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。     

风冷SiC逆变器的设计方法与封装集成

SiC风冷逆变器省却了复杂的液冷系统,使电动汽车的动力系统更加紧凑。然而,风冷SiC逆变器缺乏系统的设计方法和关键的封装集成路径。提出一种风冷SiC逆变器的分层协同设计方法,包括功率模块、母线电容和散热器3个层次。在功率模块层,采用电-热-力多物理场分析方法,建立SiC功率模块的多维应力模型,提出一种改进的功率模块封装方法。在母线电容层,建立电容容值和纹波电流之间的数学模型,计及纹波电压、纹波电流和成本之间的相互制约,提出母线电容材料选择和电容值最小化的优化方法。在散热器层,采用电-热协同仿真方法,建立风冷散热器的热阻模型,对散热器的结构和材料进行优化设计。在分层优化设计的基础上,研制SiC功率模块和风冷SiC逆变器样机,实验结果验证了所提设计方法和封装集成的可行性。所作研究为SiC逆变器的研究提供了新的研究方向。     

低地板轻轨车牵引变流器通风散热设计

采用强迫风冷的变流器必须进行通风散热设计,选用通风机需要考虑的因素为其风量和风压,风量取决于变流器功率损耗,风压与箱体风道设计有关,根据风量确定风机后.风压决定风机的实际工作点;选用散热器的依据为散热器热阻,热阻值取决于通风条件和变流器功耗.对轻轨车牵引变流器功率损耗进行了计算,分析了功率损耗与所需风量以及散热器热阻之间的关系,并通过专业软件fluent,对箱体风道进行CFD仿真和设计,进而结合相关国家标准选择了合适的通风机和散热器.实验结果表明,风道设计以及通风机和散热器的选择合理,符合要求.     

SiC MOSFET在航空静止变流器中的应用研究

航空静止变流器实现机载直流电到交流电的转换,对功率密度、效率、环境适应性、可靠性和电气性能等有较高的要求。碳化硅(SiC)半导体器件的开关速度快、高温特性好,在航空静止变流器中有很好的应用前景,但目前关于宽禁带器件在航空静止变流器中应用的研究比较少。首先结合现有的典型航空静止变流器电路拓扑分析了SiC MOSFET应用的关键问题;然后针对航空静止变流器逆变级的两级级联半桥逆变器,对比分析了应用SiC MOSFET与Si MOSFET的损耗大小,分析结果表明在现采用的开关频率下,即使现有SiC MOSFET导通损耗较大,但总损耗仍较小;且开关频率越高,SiC MOSFET的效率优势越明显,最后为适应高开关频率SiC MOSFET逆变器的需要设计了一种适应高开关频率和宽占空比变化信号的SiC MOSFET驱动电路,搭建了1台500 VA、115 V/400 Hz两级级联半桥逆变器实验样机,并验证了应用SiC MOSFET的航空静止变流器逆变级的可行性。     

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。     

逆变器中IGBT模块的损耗计算及其散热系统设计

介绍了一种在工程上比较适用的IGBT模块损耗的理论计算方法,并将其计算结果与厂家给出的仿真结果相比较,精度满足设计要求.在计算出IGBT模块损耗后,利用散热系统热阻等效电路,求出散热器热阻,进而设计出符合逆变器的强迫风冷散热系统.最后,通过ICEPAK软件对散热器进行仿真,由仿真结果表明散热器达到要求.     

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。     

DC/DC变换电路中开关器件损耗计算及仿真

根据开关器件的物理模型,分析并计算了开关器件在DC/DC变换电路中的功率损耗。针对工程应用中开关器件损耗计算的实时性和精确性要求,利用功率开关器件手册提供的产品参数,分别计算了逆变部分的SiC MOSFET模块和整流部分的整流二极管的器件损耗。将计算值与PLECS仿真结果进行对比,结果表明该计算方法可得到较为准确的计算损耗,进一步提高了工程应用中损耗计算的准确性。     

一种碳化硅器件三电平电路的损耗计算方法

三电平电路较之两电平电路,斩波频率高,谐波小,有利于滤波器的优化设计,以及能更好地用于高速电机的驱动.三电平电路中开关器件的损耗是影响逆变器性能的主要因素,而传统的IGBT损耗计算方法不适用于SiC MOSFET,且常用的物理模型方法计算量较大,因此,为了精确且简便地计算分析开关器件的损耗,通过平均值法和SiC器件的损...     

模块化多电平变流器中子模块散热设计

以模块化多电平变流器子模块损耗分析为基础,从传热学的角度,分析散热片的热阻模型,设计了三相500kVA模块化多电平变流器子模块的散热片,并通过Ansys仿真验证设计结果。最后通过实验验证散热片设计方法。     

Iron Loss Characteristics of Electrical Steel Sheet under Inverter Excitation by Power Semiconductor with Extremely Low On‐Voltage Property

In this study, it is demonstrated that the iron loss from the SiC‐MOSFET, which represents a new power semiconductor with an extremely low on‐voltage for electric machine drives, is almost the same as that from an Si‐IGBT, which is a conventional power semiconductor. In order to evaluate the iron loss characteristics when an SiC device is used, two single‐phase pulse width modulation inverters were built and used for the excitation of a ring made up of electrical steel sheet. One of the inverter employed an SiC‐MOSFET, and the other inverter employed an Si‐IGBT. The iron losses for the two inverters are compared.     

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。     

电动汽车用碳化硅控制器开发与测试

针对纯电动汽车对电机控制器的高功率密度需求设计了一款碳化硅控制器。阐述了该碳化硅控制器的总体电气原理设计方案,并对其结构、硬件、软件设计方案进行了详细的分析,提出了基于碳化硅MOSFET模块的碳化硅控制器设计方案,并针对该碳化硅控制器的散热效果进行了仿真研究。最后,对碳化硅控制器样机进行了台架测试验证,测试结果表明,所设计的碳化硅控制器具有良好的控制性能。     

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。     

SiC器件对并网逆变器EMC特性和效率的影响

近年来,宽禁带器件SiC MOSFET在并网逆变器邻域已经取得了越来越多的关注。首先,讨论了SiCMOSFET三相并网逆变器EMC模型的建立,并通过分析噪声源的模型进行等效替代,结合逆变器损耗对于噪声传导路径的阻尼作用,得到了SiC逆变器的EMC仿真模型和理论模型;然后,通过逆变器平台实验的结果与仿真模型和理论模型的结果进行了对比,验证了模型的可行性;最后,通过实验比较了沟道栅SiC逆变器、平面栅SiC逆变器和Si IGBT逆变器3者在相同开关频率下的传导干扰和不同开关频率下的满载效率。