一種基于碳化硅mosfet的三電平雙諧振變流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種諧振變流器，具體涉及一種基于碳化硅MOSFET的三電平雙諧振 變流器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著碳化硅（Silicon Carbide，SiC)MOSFET的出現(xiàn)，寬禁帶半導(dǎo)體功率器件特性 得到改善，逐步開始商業(yè)化。目前性能較好的商業(yè)化單體SiC MOSFET的擊穿電壓為1200V， 其導(dǎo)通電阻小且關(guān)斷速度快，通態(tài)損耗和關(guān)斷損耗低，但是其開通速度沒有得到改善，開關(guān) 損耗相對(duì)較大。為提高SiC MOSFET的開關(guān)頻率，具有軟開關(guān)特性的變流器拓?fù)鋵⒈皇褂谩?br>[0003] 由于目前SiC MOSFET的電壓等級(jí)較低，直接在高壓應(yīng)用領(lǐng)域（如三相電力系統(tǒng)、 燃料電池系統(tǒng)、新能源發(fā)電系統(tǒng)以及艦船電力系統(tǒng)）使用比較困難。而三電平變流器的半 導(dǎo)體功率器件承受的電壓應(yīng)力是變流器承受電壓的一半，因此低耐壓SiC MOSFET應(yīng)用于高 電壓的場(chǎng)合適合采用三電平拓?fù)洹?br>[0004] 脈寬調(diào)制的三電平變流器能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體功率器件ZVS軟開關(guān)，但是其不能在全負(fù) 載范圍實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。當(dāng)輸入電壓變化范圍寬時(shí)，變流器的效率變化明顯；二級(jí)管關(guān)斷時(shí)由于 反向恢復(fù)特性影響，反向恢復(fù)損耗大，關(guān)斷電壓尖峰高。
[0005] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出一種基于碳化硅MOSFET的三電平雙諧振變流器。這種 變流器能夠廣泛應(yīng)用于寬輸入電壓范圍的場(chǎng)合，半導(dǎo)體功率器件電壓應(yīng)力低，全控器件能 實(shí)現(xiàn)ZVS開通，二極管能實(shí)現(xiàn)ZCS關(guān)斷，并且諧振元件的電流應(yīng)力低。
[0006] 本發(fā)明在輸入電壓1000-1200V的寬輸入電壓場(chǎng)合得到應(yīng)用，輸出功率為4000W， 開關(guān)頻率為300kHz，采用定頻移相的控制方法。具體工作過程見第七部分。。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本發(fā)明提供了一種基于碳化硅MOSFET的三電平雙諧 振變流器，所述變流器包括開關(guān)單元、諧振單元和負(fù)載單元；
[0008] 所述諧振單元包括并聯(lián)的第一諧振電路和第二諧振電路；所述第一諧振電路由諧 振電感、諧振電容和變壓器勵(lì)磁電感L M串聯(lián)組成，所述第二諧振電路由諧振電感、 諧振電容(；2和變壓器勵(lì)磁電感L m2串聯(lián)組成；
[0009] 所述負(fù)載單元包括依次并聯(lián)的全橋電路、濾波電容C。和負(fù)載電阻Ru;所述全橋電 路接入變壓器的副邊繞組。
[0010] 優(yōu)選的，所述開關(guān)單元包括全控電路；所述全控電路的一端通過全控型器件％接 入電源正極，另一端通過全控型器件9 6接入電源負(fù)極；
[0011] 所述全控電路包括并聯(lián)的第一支路和第二支路；所述第一支路由全控型器件92和 全控型器件9 4串聯(lián)組成，所述第二支路由全控型器件Q 3和全控型器件Q 5串聯(lián)組成；
[0012] 所述全控型器件h的另一端連接于全控型器件Q2和全控型器件Q3之間，所述全 控型器件Q 6的另一端連接于全控型器件Q 4和全控型器件Q 5之間；
[0013] 優(yōu)選的，所述開關(guān)單元還包括第一二極管和第二二極管；
[0014] 所述第一二極管的一端連接于全控型器件Q2和全控型器件Q3之間，另一端接入變 壓器的原邊繞組中性點(diǎn)；
[0015] 所述第二二極管的一端連接于全控型器件Q4和全控型器件Q5之間，另一端也接入 變壓器的原邊繞組中性點(diǎn)；
[0016] 優(yōu)選的，諧振單元中諧振電容的另一端連接于開關(guān)單元中全控型器件Q2和全 控型器件Q4之間，諧振電容的另一端連接于開關(guān)單元中全控型器件Q 3和全控型器件Q 5 之間；
[0017] 優(yōu)選的，當(dāng)開關(guān)單元中的全控型器件％、全控型器件Q2和全控型器件Q3導(dǎo)通，以及 全控型器件Q4、全控型器件Q5和全控型器件Q6關(guān)斷時(shí)，第一諧振電路兩端的電壓
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于碳化硅MOSFET的三電平雙諧振變流器，其特征在于，所述變流器包括開關(guān) 單元、諧振單元和負(fù)載單元； 所述諧振單元包括并聯(lián)的第一諧振電路和第二諧振電路；所述第一諧振電路由諧振電 感Lrt、諧振電容Crt和變壓器勵(lì)磁電感L μ串聯(lián)組成，所述第二諧振電路由諧振電感L2、諧 振電容(；2和變壓器勵(lì)磁電感L 串聯(lián)組成； 所述負(fù)載單元包括依次并聯(lián)的全橋電路、濾波電容C。和負(fù)載電阻Ru;所述全橋電路接 入變壓器的副邊繞組。
2. 如權(quán)利要求1所述的變流器，其特征在于，所述開關(guān)單元包括全控電路；所述全控電 路的一端通過全控型器件Q1接入電源正極，另一端通過全控型器件Q 6接入電源負(fù)極； 所述全控電路包括并聯(lián)的第一支路和第二支路；所述第一支路由全控型器件Q2和全控 型器件94串聯(lián)組成，所述第二支路由全控型器件Q 3和全控型器件Q 5串聯(lián)組成； 所述全控型器件Q1的另一端連接于全控型器件Q 2和全控型器件Q 3之間，所述全控型 器件Q6的另一端連接于全控型器件Q 4和全控型器件Q 5之間。
3. 如權(quán)利要求2所述的變流器，其特征在于，所述開關(guān)單元還包括第一二極管和第 二二極管； 所述第一二極管的一端連接于全控型器件Q2和全控型器件Q3之間，另一端接入變壓器 的原邊繞組中性點(diǎn)； 所述第二二極管的一端連接于全控型器件Q4和全控型器件Q5之間，另一端也接入變壓 器的原邊繞組中性點(diǎn)。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的變流器，其特征在于，諧振單元中諧振電容C 的另一端連 接于開關(guān)單元中全控型器件Q2和全控型器件Q4之間，諧振電容C rt的另一端連接于開關(guān)單 元中全控型器件Q3和全控型器件Q 5之間。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的變流器，其特征在于，當(dāng)開關(guān)單元中的全控型器件Q i、全控 型器件Q2和全控型器件Q 3導(dǎo)通，以及全控型器件Q 4、全控型器件Q5和全控型器件Q 6關(guān)斷 時(shí)，第一諧振電路兩端的電壓F1 =|匕，第二諧振電路兩端的電壓F2 =^匕，負(fù)載單元的輸 出電壓C =|匕； 當(dāng)開關(guān)單元中的全控型器件Q1、全控型器件Q2和全控型器件Q 3關(guān)斷，以及全控型器件 Q4、全控型器件Q5和全控型器件Q6導(dǎo)通時(shí)，第一諧振電路兩端的電壓K =_|匕，第二諧振 1 /7 電路兩端的電壓κ，負(fù)載單元的輸出電壓K ; 當(dāng)開關(guān)單元中的全控型器件Q1、全控型器件Q4和全控型器件Q 5關(guān)斷，以及全控型器件 Q2、全控型器件Q3和全控型器件Q6導(dǎo)通時(shí)，第一諧振電路兩端的電壓V 1=O,第二諧振電路 兩端的電壓V2= 0,負(fù)載單元的輸出電壓V。= 0 ; 其中，所述變壓器的變比為n: n: I，Vin為電源電壓。
6. 如權(quán)利要求1所述的變流器，其特征在于，所述開關(guān)單元中的全控型器件為SIC MOSFET ;所述全控型器件的兩端依次并聯(lián)有二極管和電容。
7.如權(quán)利要求1所述的變流器，其特征在于，所述負(fù)載單元中全橋電路的每個(gè)橋臂均 包括一個(gè)二極管。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于碳化硅MOSFET的三電平雙諧振變流器包括開關(guān)單元、諧振單元和負(fù)載單元；諧振單元包括并聯(lián)的第一諧振電路和第二諧振電路；負(fù)載單元包括依次并聯(lián)的全橋電路、濾波電容Co和負(fù)載電阻RLd；全橋電路接入變壓器的副邊繞組。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種基于碳化硅MOSFET的三電平雙諧振變流器，能夠降低碳化硅MOSFET的電流電壓應(yīng)力和開關(guān)損耗，提高了變流器的整體效率。
【IPC分類】H02M7-483
【公開號(hào)】CN104660079
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510102606
【發(fā)明人】王江波, 梁美, 李艷, 游小杰, 郭希錚, 李虹
【申請(qǐng)人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年3月9日