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【6h】

500kHz软开关SiC单相逆变器设计

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摘要

1.绪论

1.1.研究背景与意义

1.2.单相光伏逆变器

1.2.1.单相光伏逆变器分类

1.2.2.典型单相光伏逆变器拓扑

1.3.SiC MOSFET特性与研究现状

1.4.高频逆变器研究现状

1.5.本文主要工作

2.500kHz软开关SiC单相光伏逆变器谐振参数设计

2.1.CAC软开关单相逆变器

2.2.阶段分析及谐振过程

2.2.1.阶段分析

2.2.2.谐振过程

2.3.500kHz谐振参数设计

2.3.1.谐振参数选取

2.3.2.电感设计

2.4.本章小结

3.500kHz软开关SiC单相光伏逆变器数字控制平台设计

3.1.数字控制方案制定

3.1.1.控制需求分析

3.1.2.控制方案构架

3.1.3.控制芯片选型

3.2.数字控制平台设计

3.2.1.DSP与FPGA的通信

3.2.2.DSP控制板设计及绘制

3.3.实验验证

3.4.小结

4.总结与展望

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表和录用的论文

致谢

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摘要

本文介绍了SiC MOSFET的研究和应用现状,举例说明了当前国内外高频逆变器的研究情况。将SiC MOSFET和ZVS软开关技术结合,将工作频率提升至500kHz并维持高转换效率。根据ZVS单相逆变器对于正常运行所要求的约束条件,考虑到所选用SiC MOSFET管的具体特性参数,选取了适合于开关频率500kHz的谐振参数。比较了几种常见软磁材料的重要特性尤其是磁芯损耗密度,确定锰锌铁氧体为500kHz滤波电感和谐振电感的磁芯材料。将绕制的滤波电感同100kHz滤波电感进行了比较,表明电感体积得到大幅减小。对数字控制平台进行了设计。采用DSP+FPGA的控制方案,DSP采样滤波电感电流并通过XINTF与DMA功能向FPGA并行传输,FPGA完成闭环运算和PWM值更新。对DSP和FPGA芯片进行了选型,绘制了DSP控制部分电路板,完成数字控制平台的搭建。在1.5kW的实验模型上进行验证,表明500kHz软开关SiC逆变器可正常运行,且仅仅靠SiC MOSFET自身的结电容便可完成谐振,实现零电压开通,不需要并联外部谐振电容。测量了500kHz软开关SiC逆变器的转换效率,并与相同电气参数下的硬开关逆变器进行对比,证明高开关频率下,在显著减小逆变器体积的同时,通过ZVS软开关技术可维持高转换效率。

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