碳化硅基单相逆变器的研究

摘要

与传统Si器件相比SiC器件具有优异的耐温、耐压、高功率密度和高频性能，但是目前基于SiIGBT和 SiFRD的逆变器广泛应用于电力电子装置中，存在着效率低、功耗大、耐温差、开关频率低、体积大、重量沉等缺点，人们不断研究采用新型开关器件来改善逆变器的现存缺点。为此本文将全SiC功率模块（SiC MOSFET+SiC SBD)应用于高频交流输出的单相逆变器中，通过仿真对比、平台搭建，研究SiC功率器件对高频交流输出的单相逆变器效率提升的影响。本文的主要工作和研究成果如下：
　　1、运用Pspice仿真软件对SiC MOSFET/SBD器件的动态性能进行了仿真研究，并与传统Si器件进行了对比，显示了SiC MOSFET优异的开关性能以及高频性能。
　　2、为再次提高逆变器的效率，在逆变器中采用了移相全桥软开关技术，让开关管（SiC MOSFET)在零电压的状态下开通，降低开通损耗，提高逆变器整体效率，仿真情况下整机效率达96.5％。并在Pspice中搭建了分别采用Si IGBT+SiC SBD与SiC MOSFET+SiC SBD作为移相全桥逆变电路开关管的仿真模型，开关管（Si IGBT/SiC MOSFET)均实现了在零电压状态下的开通，但是全碳化硅功率模块（SiC MOSFET+SiC SBD)产生的损耗仅为uJ级，而Si IGBT+SiCSBD产生的损耗却达mJ级。并在Matlab Simulink环境下对移相全桥逆变系统进行了闭环仿真，输出电压能够很好地跟随给定电压，系统处于稳定状态。
　　3、根据SiC MOSFET的动态性能，设计了专门的驱动电路，并通过实验进行了验证，得出高电平为+19.7V，低电平为-4.3V的驱动脉冲，符合SCT2080KE的驱动要求。搭建了输出电压为220V，输出功率为1.5kW的全碳化硅功率模块的实验样机，整机效率达88.2%。

目录

声明

1 绪论

1.1论文研究背景及意义

1.2 SiC器件国外发展及研究现状

1.3 SiC器件国内发展及研究现状

1.4 SiC逆变器研究情况

1.5本文的主要工作

2 SiC器件的特性分析

2.1 SiC MOSFET的静态特性分析

2.2 SiC MOSFET的动态特性分析

2.3 SiC与Si二极管的特性对比分析

2.4 SiC MOSFET双脉冲测试电路

2.5 小结

3 SiC MOSFET移相全桥逆变电路的分析与设计

3.1 ZVS全桥逆变电路工作原理

3.2系统的总体结构

3.3 主电路各器件的参数设计

3.4 SiC MOSFET损耗组成及计算方法

3.5 小结

4 SiC MOSFET移相全桥逆变电路的系统设计

4.1 控制系统方案

4.2 控制系统硬件电路设计

4.3 控制系统的软件实现

4.4 小结

5 仿真分析与实验结果验证

5.1 Si IGBT与SiC MOSFET的仿真对比研究

5.2 ZVS移相全桥逆变器仿真与效率分析

5.3 移相全桥逆变系统闭环仿真

5.4 实验结果

5.5实验效率分析

5.6 小结

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文