SiC单相光伏逆变器效率分析

摘要

SiC功率器件优异的性能引起了广泛关注，在光伏发电中应用研究也是当前的热点。对单相光伏逆变的主要结构以及常用的单相逆变器结构进行了综述，逆变器是光伏逆变器系统的核心环节，本文将SiCMOSFET应用于光伏逆变器中，研究SiCMOSFET对于逆变器效率提升的影响。
　　SiCMOSFET的特性与传统的SiMOSFET有很大的差别，而且常用于高速开关的场合，易出现误触发现象。根据SiCMOSFET的特性以及应用特点，在电路结构、电阻设计、驱动电压、可靠性设计等方面进行综合考虑，设计了SiCMOSFET驱动电路。
　　SiCMOSFET体二极管反向恢复特性优异，能够直接应用于全桥硬开关逆变器中，为了提升逆变器的功率密度，将SiCMOSFET全桥逆变器的开关频率提高至100kHz，对逆变器的主要参数进行了设计。器件工作于硬开关状态，根据电路的工作状态，进行了逆变器布局优化，以减小关键回路上的杂散电感;并分析了逆变器的效率，与基于SiMOSFET的20kHzH6逆变器进行了效率对比;同时将SiCMOSFET全桥逆变器的工作频率降低至20kHz，并进行了效率分析。最后搭建了实验平台，测试了相应的效率曲线，并进行了对比。
　　对100kHz的SiCMOSFET全桥逆变器的损耗进行了研究分析，找出影响其效率的主要因素。为了进一步提高逆变器的效率，根据逆变器的工作状态，在逆变器中采用了ZVS软开关技术。首先对软开关电路的工作过程进行了阐述，并进行了相关参数的设计;其次，根据电路的工作状态，对软开关逆变器的效率进行了分析，并与硬开关全桥逆变器的效率进行了对比。搭建了SiCMOSFET软开关逆变器实验平台，观察逆变器的工作波形，与理论分析进行对比，验证该软开关技术的合理性;测试逆变器的效率，在不同的功率下调整软开关的相关参数，使逆变器的效率最大化，并将软开关逆变器的实验效率曲线与硬开关的效率曲线进行对比。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1．光伏发电的背景与意义

1．2．单相光伏逆变器

1．2．1．单相光伏逆变器结构

1．2．2．单相逆变器拓扑

1．3．SiC器件特性概述

1．4．SiC逆变器研究情况

1．5．本文的主要工作

2．SiC MOSFET驱动设计

2．1．SiC MOSFET驱动设计要点

2．1．1．SiC MOSFET特性

2．1．2．MOSFET误触发现象

2．2．SiC MOSFET驱动设计

2．2．1．结构设计

2．2．2．驱动电阻设计

2．2．3．驱动电压设计

2．2．4．可靠性设计

2．3．驱动电路实验

2．3．1．驱动原理电路

2．3．2．驱动电路布局

2．3．3．驱动测试

2．4．小结

3．SiC MOSFET硬开关全桥逆变器

3．1．硬开关全桥逆变器

3．1．1．单相全桥逆变器

3．1．2．调制方式

3．1．3．硬开关全桥逆变器主要参数

3．2．SiC MOSFET硬开关全桥逆变器损耗分析

3．2．1．体二极管损耗

3．2．2．MOSFET损耗

3．2．3．输出滤波电感损耗

3．2．4．损耗分析

3．2．5．20kHz SiC MOSFET全桥逆变器

3．2．6．20kHz Si器件H6逆变器

3．3．主电路布局优化设计

3．3．1．优化目标

3．3．2．换流回路分析

3．3．3．电路优化布局

3．4．逆变器实验

3．4．1．SiC MOSFET和SiMOSFET对比

3．4．2．SiC逆变器电阻负载实验

3．4．3．SiC逆变器并网实验

3．5．小结

4．SiC MOSFET软开关逆变器

4．1．硬开关全桥逆变器的不足

4．2．ZVS逆变电路

4．3．ZVS逆变器损耗分析

4．3．1．参数设计

4．3．2．损耗分析

4．4．ZVS逆变器实验

4．4．1．驱动信号

4．4．2．电阻负载实验

4．5．小结

5．总结与展望

附录一 装置实物照片

附录二 H6逆变器损耗模型

附录三 软开关逆变器辅助支路参数设计

参考文献

攻读硕士学位期间发表和录用的论文

致谢