【摘要】：近年來,伴隨著全球能源危機(jī)與環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重,以光伏加儲能為代表的可再生能源分布式發(fā)電技術(shù)被國內(nèi)外研究工作者廣泛關(guān)注。相較于傳統(tǒng)多級變換器,三端口光儲變換器通過功率器件復(fù)用實現(xiàn)拓?fù)渲貥?gòu),減小了系統(tǒng)體積,提升了功率密度。本文將雙向Buck-Boost變換器與雙有源橋變換器相結(jié)合,研究一種新型三端口變換器,其具備了雙向Buck-Boost電路的靈活升降壓和雙有源橋電路功率雙向流動的特點,結(jié)構(gòu)簡單,適用于各類新能源+儲能的獨立發(fā)電系統(tǒng)。首先對該變換器的工作原理、功率傳輸特性、損耗模型等進(jìn)行了分析。采用PWM+移相調(diào)制(PWM+PSM)策略,提升系統(tǒng)控制的自由度;同時制定了系統(tǒng)能量控制策略,使輸出電壓受控,且提升了新能源利用率。在PSIM 9.1.0中搭建仿真模型,驗證了所采用的調(diào)制方法和能量控制策略。此外,將碳化硅(SiC)MOSFET作為變換器高壓側(cè)功率器件,對其在該變換器中的應(yīng)用技術(shù)展開研究。針對SiC MOSFET柵極閾值開啟電壓低,負(fù)壓承受能力較弱的特點以及應(yīng)用中存在的橋臂串?dāng)_問題,設(shè)計了一種能夠穩(wěn)定工作的新型驅(qū)動電路,搭建實驗裝置驗證了其有效性。最后,根據(jù)理論指導(dǎo),設(shè)計系統(tǒng)方案構(gòu)架,對主電路系統(tǒng)中各元件進(jìn)行了選型和參數(shù)計算,實現(xiàn)了SiC MOSFET驅(qū)動、調(diào)理采樣等電路設(shè)計。完成了500W功率等級的基于SiC MOSFET的雙向Buck-Boost與雙有源橋電路集成的三端口變換器實驗樣機(jī)。對三端口變換器主要工作模式進(jìn)行了測試驗證,實驗結(jié)果表明,變換器樣機(jī)設(shè)計合理,有效,滿足了系統(tǒng)驗證的要求。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM46
【圖文】：

2.55mJ 1.55mJ 39ns 27ns 出，SiC MOSFET 在驅(qū)動與 Si IGBT 在驅(qū)率的不同。Si IGBT 柵極允許最大電壓為-20V/+20V，+25V。通常為了防止柵極誤導(dǎo)通，加強(qiáng)柵的方式，但 SiC MOSFET 的負(fù)壓承受能力以防止擊穿柵極氧化層。雖然二者的開啟BT 為 5.7V，但對于 SiC MOSFET，其導(dǎo)通 的 VCE(sat)類似，因此當(dāng)驅(qū)動電壓通常達(dá)到數(shù)可知，SiC MOSFET 的閾值電壓僅為 2.高的情況下，橋臂串?dāng)_易導(dǎo)致其誤觸發(fā)。之間的關(guān)系圖。

SiC MOSFET 所需的驅(qū)動功率是小于 Si IGBT。關(guān)過程即給輸入電容充電的過程，即驅(qū)動芯片通過驅(qū)動電阻T 的輸入電容為 2700pF，SiC MOSFET 的輸入電容為 1893pFOSFET 的開關(guān)速度更快，結(jié)電容充放電速度更快。，對于 SiC MOSFET 驅(qū)動電路設(shè)計而言，驅(qū)動電壓和開關(guān)速主要因素。路設(shè)計要求，選用 Infineon 公司的 1EDI20N12AF 柵極驅(qū)動芯片，壓器隔離的單通道柵極驅(qū)動芯片，最大能夠?qū)崿F(xiàn)4A軌到軌峰內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其中 VCC1 為邏輯電源輸入引腳，GND1 為C1-GND1=（+3.1V~+17V）的寬電壓輸入；IN+和 IN-為邏輯 PCMOS 輸出電平；VCC2 為輸出側(cè)正端電源輸入引腳，GND2OUT+為柵極輸出 Source 端，通常連接至開關(guān)管的柵極開通端，通常連接開關(guān)管的柵極關(guān)斷電阻，這兩個引腳受 IN+及 IN圖如圖 4-4 所示。

t:250ns/divt:1us/div(a) SR1 開通 (b) SR1 關(guān)斷(a) SR1 Turn-on (b) SR1 Turn-off圖 5-8 橋臂串?dāng)_抑制效果Fig. 5-8 Bridge crosstalk suppression effect由圖 5-8 對比圖 5-6 可以看出，在加入串?dāng)_抑制電路后，SR1 開通及關(guān)斷時的柵源電壓振蕩有效減小，由于 SR2 開通引起的-dVds_SR1/dt 導(dǎo)致 SR1 上的負(fù)壓尖峰也明顯減，SR1 開通引起 SR2 的正向電壓振蕩也有所減小，證明該電路能夠有效減輕橋臂串?dāng)_題。3.2 采樣調(diào)理電路測試實驗調(diào)理運放電路測試結(jié)果如圖 5-10 所示。圖中，采用頻率為 1kHz，Vap=±4.4V 的正電壓信號模擬采樣輸入電壓 Upv_in，Upv_mc為調(diào)理運放 TLV316 的輸出電壓。由圖 5-9(a)見采樣輸出電壓經(jīng)過調(diào)理電路后，被縮小至±3.3V 左右，經(jīng)過一級濾波后，輸出電壓波顯著顯小，且調(diào)理電壓相位無延遲，滿足高速 ADC 采樣的精準(zhǔn)性。后續(xù)在調(diào)理電輸出側(cè)加入鉗位保護(hù)電路后，如圖 5-9(b)所示，負(fù)壓被鉗位至 0V，僅將 0V~+3.3V 區(qū)的模擬電壓信號傳輸至 DSP，有效保護(hù) A/D 采樣引腳。

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本文編號：2749678