一种基于碳化硅mosfet的三电平双谐振变流器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种谐振变流器，具体涉及一种基于碳化硅MOSFET的三电平双谐振 变流器。
【背景技术】
[0002] 随着碳化硅（Silicon Carbide，SiC)MOSFET的出现，宽禁带半导体功率器件特性 得到改善，逐步开始商业化。目前性能较好的商业化单体SiC MOSFET的击穿电压为1200V， 其导通电阻小且关断速度快，通态损耗和关断损耗低，但是其开通速度没有得到改善，开关 损耗相对较大。为提高SiC MOSFET的开关频率，具有软开关特性的变流器拓扑将被使用。
[0003] 由于目前SiC MOSFET的电压等级较低，直接在高压应用领域（如三相电力系统、 燃料电池系统、新能源发电系统以及舰船电力系统）使用比较困难。而三电平变流器的半 导体功率器件承受的电压应力是变流器承受电压的一半，因此低耐压SiC MOSFET应用于高 电压的场合适合采用三电平拓扑。
[0004] 脉宽调制的三电平变流器能实现半导体功率器件ZVS软开关，但是其不能在全负 载范围实现软开关。当输入电压变化范围宽时，变流器的效率变化明显；二级管关断时由于 反向恢复特性影响，反向恢复损耗大，关断电压尖峰高。
[0005] 针对上述问题，本发明提出一种基于碳化硅MOSFET的三电平双谐振变流器。这种 变流器能够广泛应用于宽输入电压范围的场合，半导体功率器件电压应力低，全控器件能 实现ZVS开通，二极管能实现ZCS关断，并且谐振元件的电流应力低。
[0006] 本发明在输入电压1000-1200V的宽输入电压场合得到应用，输出功率为4000W， 开关频率为300kHz，采用定频移相的控制方法。具体工作过程见第七部分。。
【发明内容】
[0007] 为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种基于碳化硅MOSFET的三电平双谐 振变流器，所述变流器包括开关单元、谐振单元和负载单元；
[0008] 所述谐振单元包括并联的第一谐振电路和第二谐振电路；所述第一谐振电路由谐 振电感、谐振电容和变压器励磁电感L M串联组成，所述第二谐振电路由谐振电感、 谐振电容(；2和变压器励磁电感L m2串联组成；
[0009] 所述负载单元包括依次并联的全桥电路、滤波电容C。和负载电阻Ru;所述全桥电 路接入变压器的副边绕组。
[0010] 优选的，所述开关单元包括全控电路；所述全控电路的一端通过全控型器件％接 入电源正极，另一端通过全控型器件9 6接入电源负极；
[0011] 所述全控电路包括并联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串联组成，所述第二支路由全控型器件Q 3和全控型器件Q 5串联组成；
[0012] 所述全控型器件h的另一端连接于全控型器件Q2和全控型器件Q3之间，所述全 控型器件Q 6的另一端连接于全控型器件Q 4和全控型器件Q 5之间；
[0013] 优选的，所述开关单元还包括第一二极管和第二二极管；
[0014] 所述第一二极管的一端连接于全控型器件Q2和全控型器件Q3之间，另一端接入变 压器的原边绕组中性点；
[0015] 所述第二二极管的一端连接于全控型器件Q4和全控型器件Q5之间，另一端也接入 变压器的原边绕组中性点；
[0016] 优选的，谐振单元中谐振电容的另一端连接于开关单元中全控型器件Q2和全 控型器件Q4之间，谐振电容的另一端连接于开关单元中全控型器件Q 3和全控型器件Q 5 之间；
[0017] 优选的，当开关单元中的全控型器件％、全控型器件Q2和全控型器件Q3导通，以及 全控型器件Q4、全控型器件Q5和全控型器件Q6关断时，第一谐振电路两端的电压
【主权项】
1. 一种基于碳化硅MOSFET的三电平双谐振变流器，其特征在于，所述变流器包括开关 单元、谐振单元和负载单元； 所述谐振单元包括并联的第一谐振电路和第二谐振电路；所述第一谐振电路由谐振电 感Lrt、谐振电容Crt和变压器励磁电感L μ串联组成，所述第二谐振电路由谐振电感L2、谐 振电容(；2和变压器励磁电感L 串联组成； 所述负载单元包括依次并联的全桥电路、滤波电容C。和负载电阻Ru;所述全桥电路接 入变压器的副边绕组。
2. 如权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述开关单元包括全控电路；所述全控电 路的一端通过全控型器件Q1接入电源正极，另一端通过全控型器件Q 6接入电源负极； 所述全控电路包括并联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串联组成，所述第二支路由全控型器件Q 3和全控型器件Q 5串联组成； 所述全控型器件Q1的另一端连接于全控型器件Q 2和全控型器件Q 3之间，所述全控型 器件Q6的另一端连接于全控型器件Q 4和全控型器件Q 5之间。
3. 如权利要求2所述的变流器，其特征在于，所述开关单元还包括第一二极管和第 二二极管； 所述第一二极管的一端连接于全控型器件Q2和全控型器件Q3之间，另一端接入变压器 的原边绕组中性点； 所述第二二极管的一端连接于全控型器件Q4和全控型器件Q5之间，另一端也接入变压 器的原边绕组中性点。
4. 如权利要求1或2所述的变流器，其特征在于，谐振单元中谐振电容C 的另一端连 接于开关单元中全控型器件Q2和全控型器件Q4之间，谐振电容C rt的另一端连接于开关单 元中全控型器件Q3和全控型器件Q 5之间。
5. 如权利要求1或2所述的变流器，其特征在于，当开关单元中的全控型器件Q i、全控 型器件Q2和全控型器件Q 3导通，以及全控型器件Q 4、全控型器件Q5和全控型器件Q 6关断 时，第一谐振电路两端的电压F1 =|匕，第二谐振电路两端的电压F2 =^匕，负载单元的输 出电压C =|匕； 当开关单元中的全控型器件Q1、全控型器件Q2和全控型器件Q 3关断，以及全控型器件 Q4、全控型器件Q5和全控型器件Q6导通时，第一谐振电路两端的电压K =_|匕，第二谐振 1 /7 电路两端的电压κ，负载单元的输出电压K ; 当开关单元中的全控型器件Q1、全控型器件Q4和全控型器件Q 5关断，以及全控型器件 Q2、全控型器件Q3和全控型器件Q6导通时，第一谐振电路两端的电压V 1=O,第二谐振电路 两端的电压V2= 0,负载单元的输出电压V。= 0 ; 其中，所述变压器的变比为n: n: I，Vin为电源电压。
6. 如权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述开关单元中的全控型器件为SIC MOSFET ;所述全控型器件的两端依次并联有二极管和电容。
7.如权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述负载单元中全桥电路的每个桥臂均 包括一个二极管。
【专利摘要】本发明提供了一种基于碳化硅MOSFET的三电平双谐振变流器包括开关单元、谐振单元和负载单元；谐振单元包括并联的第一谐振电路和第二谐振电路；负载单元包括依次并联的全桥电路、滤波电容Co和负载电阻RLd；全桥电路接入变压器的副边绕组。与现有技术相比，本发明提供的一种基于碳化硅MOSFET的三电平双谐振变流器，能够降低碳化硅MOSFET的电流电压应力和开关损耗，提高了变流器的整体效率。
【IPC分类】H02M7-483
【公开号】CN104660079
【申请号】CN201510102606
【发明人】王江波, 梁美, 李艳, 游小杰, 郭希铮, 李虹
【申请人】国家电网公司, 国网智能电网研究院
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年3月9日