本文關(guān)鍵詞：基于SiC功率器件的光伏系統(tǒng)DC-DC設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 光伏系統(tǒng) ZVT PWM Boost變換器 SiC功率MOSFET 轉(zhuǎn)換效率

【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(gè)并網(wǎng)系統(tǒng)中,升壓DC-DC和逆變是兩個(gè)基礎(chǔ)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(zhuǎn)換和匹配,后者完成直交轉(zhuǎn)換進(jìn)行電網(wǎng)饋入。在整個(gè)逆變系統(tǒng)轉(zhuǎn)換過程中,為了使得電能更經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行傳輸,效率是最主要的考量因素;而DC-DC調(diào)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(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。在DC-DC電路中,開關(guān)器件在開關(guān)過程中會(huì)產(chǎn)生能量消耗,從而使能量的轉(zhuǎn)換效率降低,產(chǎn)生損耗的同時(shí)也會(huì)使設(shè)備大量發(fā)熱,降低設(shè)備的使用壽命。為了降低開關(guān)器件的開關(guān)損耗,各種軟開關(guān)技術(shù)被開發(fā)出來。利用ZVT軟開關(guān)技術(shù)可以大大降低大功率電能變換裝置中電力器件的開關(guān)損耗,進(jìn)而提升整體效率。本文在研究軟開關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)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(yīng)用在調(diào)整器的設(shè)計(jì)中,其一,降低在電流較大地的情況下功率器件的的導(dǎo)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(shè)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(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于Si C材料的大功率ZVT PWM Boost調(diào)整器的主電路。對(duì)基本功率主電路的結(jié)構(gòu)做了有效改進(jìn),并對(duì)元件進(jìn)行了合理選取和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對(duì)主電路的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用要求,完成了控制驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)。使用仿真軟件Cadence OrCAD對(duì)所設(shè)計(jì)的主電路和控制驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)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(zhuǎn)換效率和基于Si功率器件的變換器的轉(zhuǎn)換效率,并對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行了對(duì)比。工作于4kW,負(fù)載電流為10A時(shí),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(qū)動(dòng)模塊中,驗(yàn)證了一種簡(jiǎn)便高效的軟啟動(dòng)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(dòng)時(shí)間最短可以達(dá)到15ms,這對(duì)于高壓設(shè)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(shí),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(jī),并進(jìn)行了功能測(cè)試,控制板所產(chǎn)生的控制信號(hào)可靠穩(wěn)定,驗(yàn)證了仿真結(jié)果,證實(shí)了該控制方案的可行性,同時(shí),由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的原因,在變換器工作于約2kW,負(fù)載電流約為4.7A的狀態(tài)下,測(cè)試了其轉(zhuǎn)換效率,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明效率可達(dá)97.4%,相比Si功率器件有明顯提高,驗(yàn)證了SiC功率器件在提高設(shè)備轉(zhuǎn)換效率方面的優(yōu)勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】：光伏系統(tǒng) ZVT PWM Boost變換器 SiC功率MOSFET 轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN386;TM46
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符號(hào)對(duì)照表12-13
• 縮略語對(duì)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(diǎn)19-20
• 1.3 SiC材料及SiC功率器件應(yīng)用20-21
• 1.4 本文工作要點(diǎn)21-23
• 第二章 SiC功率MOSFET性能分析23-31
• 2.1 功率MOSFET及其動(dòng)態(tài)特性分析23-27
• 2.1.2 MOSFET的開關(guān)等效電路23-24
• 2.1.3 MOSFET開關(guān)過程分析24-26
• 2.1.4 功率MOSFET驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電路27
• 2.2.2 IGBT及其驅(qū)動(dòng)電路27-28
• 2.3 SiC功率MOSFET相比Si MOSFET和IGBT的優(yōu)勢(shì)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(jié)30-31
• 第三章 Boost電路及軟開關(guān)技術(shù)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(guān)系式33-35
• 3.3 軟開關(guān)技術(shù)原理35-39
• 3.3.1 軟開關(guān)概念和基本原理35-36
• 3.3.2 幾種常見的軟開關(guān)電路36-37
• 3.3.3 零轉(zhuǎn)換軟開關(guān)電路分析37-39
• 3.4 電路設(shè)計(jì)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(jié)41-43
• 第四章 ZVT-PWM Boost變換器設(shè)計(jì)和仿真分析43-67
• 4.1 功率主電路的設(shè)計(jì)43-46
• 4.1.1 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改進(jìn)43-45
• 4.1.2 主要元件選擇和參數(shù)設(shè)計(jì)45-46
• 4.2 控制電路設(shè)計(jì)46-53
• 4.2.1 PWM脈沖產(chǎn)生模塊47-48
• 4.2.2 控制信號(hào)產(chǎn)生電路48-50
• 4.2.3 過流保護(hù)電路50-51
• 4.2.4 軟啟動(dòng)電路51-53
• 4.3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)53-55
• 4.3.1 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)要求及參數(shù)計(jì)算53-54
• 4.3.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)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(duì)比64-65
• 4.5 本章小結(jié)65-67
• 第五章 ZVT-PWM Boost變換器樣機(jī)制作和測(cè)試67-81
• 5.1 樣機(jī)制作67-69
• 5.2 控制電路板測(cè)試69-76
• 5.2.1 PWM脈沖產(chǎn)生模塊測(cè)試69-71
• 5.2.2 控制信號(hào)產(chǎn)生模塊測(cè)試71-73
• 5.2.3 過流保護(hù)電路測(cè)試73-75
• 5.2.4 軟啟動(dòng)電路測(cè)試75-76
• 5.3 功率主電路板測(cè)試76-79
• 5.4 測(cè)試結(jié)果分析說明79-80
• 5.5 本章小結(jié)80-81
• 第六章 總結(jié)和展望81-83
• 6.1 總結(jié)81-82
• 6.2 展望82-83
• 參考文獻(xiàn)83-85
• 致謝85-87
• 作者簡(jiǎn)介87-88

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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5 梁U，

本文編號(hào)：788042