本文關鍵詞：基于SiC功率器件的光伏系統(tǒng)DC-DC設計

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【摘要】：目前全世界光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,產(chǎn)生的電能需要通過完善的并網(wǎng)系統(tǒng)才能接入電網(wǎng)使用。在這個并網(wǎng)系統(tǒng)中,升壓DC-DC和逆變是兩個基礎環(huán)節(jié),前者完成光伏陣列直流電壓和逆變所需直流電壓之間的轉換和匹配,后者完成直交轉換進行電網(wǎng)饋入。在整個逆變系統(tǒng)轉換過程中,為了使得電能更經(jīng)濟地進行傳輸,效率是最主要的考量因素;而DC-DC調整器在此系統(tǒng)中作為光伏陣列和逆變裝置之間的紐帶,它的性能是提高能量轉換效率的關鍵。在DC-DC電路中,開關器件在開關過程中會產(chǎn)生能量消耗,從而使能量的轉換效率降低,產(chǎn)生損耗的同時也會使設備大量發(fā)熱,降低設備的使用壽命。為了降低開關器件的開關損耗,各種軟開關技術被開發(fā)出來。利用ZVT軟開關技術可以大大降低大功率電能變換裝置中電力器件的開關損耗,進而提升整體效率。本文在研究軟開關技術的基礎上,利用SiC材料的優(yōu)良特性,將碳化硅功率MOSFT以及基于SiC材料的肖特基二極管應用在調整器的設計中,其一,降低在電流較大地的情況下功率器件的的導通損耗;其二,由于SiC器件熱損耗小、散熱快、耐高溫,功率器件所需散熱片的體積可以得到縮減,從而提高設備的功率密度。本文完成的主要工作是在Si C功率MOSFET的理論分析基礎上,設計了基于Si C材料的大功率ZVT PWM Boost調整器的主電路。對基本功率主電路的結構做了有效改進,并對元件進行了合理選取和參數(shù)優(yōu)化設計。針對主電路的結構和應用要求,完成了控制驅動模塊的設計。使用仿真軟件Cadence OrCAD對所設計的主電路和控制驅動電路進行仿真實驗,實現(xiàn)了電路的功能。通過仿真方法分別研究了基于Si C功率器件的變換器的轉換效率和基于Si功率器件的變換器的轉換效率,并對兩個轉換效率進行了對比。工作于4kW,負載電流為10A時,基于SiC功率器件的變換器效率為98.15%,相比基于Si功率器件的變換器效率提升了3.15%;為了降低輸出過沖電壓,本文還在控制驅動模塊中,驗證了一種簡便高效的軟啟動控制電路,使得主電路在100V到400V的大電壓大升壓比的情況下,過沖電壓為零,啟動時間最短可以達到15ms,這對于高壓設備安全性的提高有重要作用�；赟iC功率器件的變換器效率得到提升的同時,由于功率器件熱損耗減小,所需散熱片面積約為基于Si功率器件的變換器的1/5,大大減小了變換器體積。本文最后制作了整體樣機,并進行了功能測試,控制板所產(chǎn)生的控制信號可靠穩(wěn)定,驗證了仿真結果,證實了該控制方案的可行性,同時,由于實驗設備的原因,在變換器工作于約2kW,負載電流約為4.7A的狀態(tài)下,測試了其轉換效率,實驗結果表明效率可達97.4%,相比Si功率器件有明顯提高,驗證了SiC功率器件在提高設備轉換效率方面的優(yōu)勢。
【關鍵詞】：光伏系統(tǒng) ZVT PWM Boost變換器 SiC功率MOSFET 轉換效率
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN386;TM46
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符號對照表12-13
• 縮略語對照表13-17
• 第一章 緒論17-23
• 1.1 光伏發(fā)電及光伏并網(wǎng)系統(tǒng)17-19
• 1.2 DC-DC及其研究難點19-20
• 1.3 SiC材料及SiC功率器件應用20-21
• 1.4 本文工作要點21-23
• 第二章 SiC功率MOSFET性能分析23-31
• 2.1 功率MOSFET及其動態(tài)特性分析23-27
• 2.1.2 MOSFET的開關等效電路23-24
• 2.1.3 MOSFET開關過程分析24-26
• 2.1.4 功率MOSFET驅動電路分析26-27
• 2.2 其他電力電子器件27-28
• 2.2.1 雙極性大功率晶體管及其驅動電路27
• 2.2.2 IGBT及其驅動電路27-28
• 2.3 SiC功率MOSFET相比Si MOSFET和IGBT的優(yōu)勢28-30
• 2.3.1 SiC功率MOSFET和Si功率MOSFET比較28-29
• 2.3.2 SiC功率MOSFET和IGBT比較29
• 2.3.3 SCH2080KE和SCS220KE性能介紹29-30
• 2.4 本章小結30-31
• 第三章 Boost電路及軟開關技術分析31-43
• 3.1 DC-DC基本原理31-32
• 3.1.1 DC-DC功率主電路31
• 3.1.2 DC-DC基本控制方式31-32
• 3.2 Boost電路分析32-35
• 3.2.2 Boost電路工作原理分析33
• 3.2.3 Boost電路基本關系式33-35
• 3.3 軟開關技術原理35-39
• 3.3.1 軟開關概念和基本原理35-36
• 3.3.2 幾種常見的軟開關電路36-37
• 3.3.3 零轉換軟開關電路分析37-39
• 3.4 電路設計基本方案選擇39-41
• 3.4.1 主電路方案選擇39
• 3.4.2 控制電路方案選擇39-41
• 3.5 本章小結41-43
• 第四章 ZVT-PWM Boost變換器設計和仿真分析43-67
• 4.1 功率主電路的設計43-46
• 4.1.1 電路拓撲結構的改進43-45
• 4.1.2 主要元件選擇和參數(shù)設計45-46
• 4.2 控制電路設計46-53
• 4.2.1 PWM脈沖產(chǎn)生模塊47-48
• 4.2.2 控制信號產(chǎn)生電路48-50
• 4.2.3 過流保護電路50-51
• 4.2.4 軟啟動電路51-53
• 4.3 驅動電路設計53-55
• 4.3.1 驅動電路設計要求及參數(shù)計算53-54
• 4.3.2 驅動電路設計54-55
• 4.4 電路仿真分析55-65
• 4.4.1 控制電路仿真56-57
• 4.4.2 驅動電路仿真57-58
• 4.4.3 功率主電路的仿真58-63
• 4.4.4 效率分析63-64
• 4.4.5 和基于Si材料的電路規(guī)模對比64-65
• 4.5 本章小結65-67
• 第五章 ZVT-PWM Boost變換器樣機制作和測試67-81
• 5.1 樣機制作67-69
• 5.2 控制電路板測試69-76
• 5.2.1 PWM脈沖產(chǎn)生模塊測試69-71
• 5.2.2 控制信號產(chǎn)生模塊測試71-73
• 5.2.3 過流保護電路測試73-75
• 5.2.4 軟啟動電路測試75-76
• 5.3 功率主電路板測試76-79
• 5.4 測試結果分析說明79-80
• 5.5 本章小結80-81
• 第六章 總結和展望81-83
• 6.1 總結81-82
• 6.2 展望82-83
• 參考文獻83-85
• 致謝85-87
• 作者簡介87-88

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 杜道昶;田麗;趙明敏;包偉;陳勇;;新型高增益Boost變換器設計[J];陜西理工學院學報(自然科學版);2015年01期

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3 張厚升;李素玲;于蘭蘭;王紅梅;;H型可逆PWM變換器的控制方式解析[J];電源世界;2013年11期

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5 梁U，

本文編號：788042