SiC單相光伏逆變器效率分析

【摘要】：SiC功率器件優(yōu)異的性能引起了廣泛關(guān)注,在光伏發(fā)電中應(yīng)用研究也是當(dāng)前的熱點。對單相光伏逆變的主要結(jié)構(gòu)以及常用的單相逆變器結(jié)構(gòu)進行了綜述,逆變器是光伏逆變器系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié),本文將SiC MOSFET應(yīng)用于光伏逆變器中,研究SiC MOSFET對于逆變器效率提升的影響。 SiC MOSFET的特性與傳統(tǒng)的Si MOSFET有很大的差別,而且常用于高速開關(guān)的場合,易出現(xiàn)誤觸發(fā)現(xiàn)象。根據(jù)SiC MOSFET的特性以及應(yīng)用特點,在電路結(jié)構(gòu)、電阻設(shè)計、驅(qū)動電壓、可靠性設(shè)計等方面進行綜合考慮,設(shè)計了SiC MOSFET驅(qū)動電路。 SiC MOSFET體二極管反向恢復(fù)特性優(yōu)異,能夠直接應(yīng)用于全橋硬開關(guān)逆變器中,為了提升逆變器的功率密度,將SiC MOSFET全橋逆變器的開關(guān)頻率提高至100kHz,對逆變器的主要參數(shù)進行了設(shè)計。器件工作于硬開關(guān)狀態(tài),根據(jù)電路的工作狀態(tài),進行了逆變器布局優(yōu)化,以減小關(guān)鍵回路上的雜散電感；并分析了逆變器的效率,與基于Si MOSFET的20kHz H6逆變器進行了效率對比；同時將SiC MOSFET全橋逆變器的工作頻率降低至20kHz,并進行了效率分析。最后搭建了實驗平臺,測試了相應(yīng)的效率曲線,并進行了對比。 對100kHz的SiC MOSFET全橋逆變器的損耗進行了研究分析,找出影響其效率的主要因素。為了進一步提高逆變器的效率,根據(jù)逆變器的工作狀態(tài),在逆變器中采用了ZVS軟開關(guān)技術(shù)。首先對軟開關(guān)電路的工作過程進行了闡述,并進行了相關(guān)參數(shù)的設(shè)計；其次,根據(jù)電路的工作狀態(tài),對軟開關(guān)逆變器的效率進行了分析,并與硬開關(guān)全橋逆變器的效率進行了對比。搭建了SiC MOSFET軟開關(guān)逆變器實驗平臺,觀察逆變器的工作波形,與理論分析進行對比,驗證該軟開關(guān)技術(shù)的合理性；測試逆變器的效率,在不同的功率下調(diào)整軟開關(guān)的相關(guān)參數(shù),使逆變器的效率最大化,并將軟開關(guān)逆變器的實驗效率曲線與硬開關(guān)的效率曲線進行對比。 【關(guān)鍵詞】：SiC MOSFET 光伏逆變器 效率 軟開關(guān) 損耗
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 目錄9-11
• 1. 緒論11-19
• 1.1. 光伏發(fā)電的背景與意義11-12
• 1.2. 單相光伏逆變器12-16
• 1.2.1. 單相光伏逆變器結(jié)構(gòu)12-14
• 1.2.2. 單相逆變器拓撲14-16
• 1.3. SIC器件特性概述16-17
• 1.4. SIC逆變器研究情況17-18
• 1.5. 本文的主要工作18-19
• 2. SIC MOSFET驅(qū)動設(shè)計19-33
• 2.1. SIC MOSFET驅(qū)動設(shè)計要點19-23
• 2.1.1. SiCMOSFET特性19-22
• 2.1.2. MOSFET誤觸發(fā)現(xiàn)象22-23
• 2.2. SIC MOSFET驅(qū)動設(shè)計23-26
• 2.2.1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計23
• 2.2.2. 驅(qū)動電阻設(shè)計23-24
• 2.2.3. 驅(qū)動電壓設(shè)計24
• 2.2.4. 可靠性設(shè)計24-26
• 2.3. 驅(qū)動電路實驗26-32
• 2.3.1. 驅(qū)動原理電路26-27
• 2.3.2. 驅(qū)動電路布局27
• 2.3.3. 驅(qū)動測試27-32
• 2.4. 小結(jié)32-33
• 3. SIC MOSFET硬開關(guān)全橋逆變器33-56
• 3.1. 硬開關(guān)全橋逆變器33-37
• 3.1.1. 單相全橋逆變器33-34
• 3.1.2. 調(diào)制方式34-37
• 3.1.3. 硬開關(guān)全橋逆變器主要參數(shù)37
• 3.2. SIC MOSFET硬開關(guān)全橋逆變器損耗分析37-45
• 3.2.1. 體二極管損耗38
• 3.2.2. MOSFET損耗38-40
• 3.2.3. 輸出濾波電感損耗40
• 3.2.4. 提耗分析40-42
• 3.2.5. 20kHz SiC MOSFET 全橋逆變器42-43
• 3.2.6. 20kHz Si器件 H6逆變器43-45
• 3.3. 主電路布局優(yōu)化設(shè)計45-47
• 3.3.1. 優(yōu)化目標(biāo)45-46
• 3.3.2. 換流回路分析46
• 3.3.3. 電路優(yōu)化布局46-47
• 3.4. 逆變器實驗47-55
• 3.4.1. SiC MOSFET和Si MOSFET對比48-50
• 3.4.2. SiC逆變器電阻負載試驗50-52
• 3.4.3. SiC逆變器并網(wǎng)實驗52-55
• 3.5. 小結(jié)55-56
• 4. SIC MOSFET軟開關(guān)逆變器56-71
• 4.1. 硬開關(guān)全橋逆變器的不足56-57
• 4.2. ZVS逆變電路57-61
• 4.2.1. 工作過程57-61
• 4.3. ZVS逆變器損耗分析61-65
• 4.3.1. 參數(shù)設(shè)計61-62
• 4.3.2. 損耗分析62-65
• 4.4. ZVS逆變器實驗65-70
• 4.4.1 驅(qū)動信號65-66
• 4.4.2. 電阻負載實驗66-70
• 4.5. 小結(jié)70-71
• 5. 總結(jié)與展望71-72
• 附錄一 裝置實物照片72-73
• 附錄二 H6逆變器損耗模型73-74
• 附錄三 軟開關(guān)逆變器輔助支路參數(shù)設(shè)計74-75
• 參考文獻75-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表和錄用的論文78-79
• 致謝79

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