碳化硅器件在直流充電樁中的應用研究
發(fā)布時間：2022-02-17 01:02
碳化硅功率器件具有開關頻率高、高耐溫和低損耗的特性優(yōu)勢,可以有效提高系統(tǒng)效率和功率密度,因此在直流充電樁電源模塊中具有廣闊的應用前景。這里首先根據直流充電樁行業(yè)標準,提煉完善其電源模塊的技術指標。其次,為了滿足電動汽車快速充電需求,研究了一種基于全碳化硅功率器件的電源模塊。最后,通過實驗驗證全碳化硅電源模塊在效率和功率密度方面的優(yōu)勢,證明了碳化硅功率器件在直流充電樁領域應用的可行性。
【文章來源】：電力電子技術. 2020,54(03)北大核心CSCD
【文章頁數】：3 頁
【部分圖文】：
圖１全碳化硅功率模塊拓撲結構??Ｆｉｇ．?１?Ａｌｌ?ＳｉＣ?ｐｏｗｅｒ?ｍｏｄｕｌｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ??
構??Ｆｉｇ．?１?Ａｌｌ?ＳｉＣ?ｐｏｗｅｒ?ｍｏｄｕｌｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ??４?實驗驗證??為了進一步驗證全碳化硅電源模塊的實用??性，在此基于全碳化硅功率器件開發(fā)了一款電源??模塊，詳細參數為：交流輸入電壓（３８０±１５％）?Ｖ，??５０?Ｈｚ；直流輸出電壓３００￣７５０Ｖ；前級開關頻率??４２?ｋＨｚ；后級開關頻率１２０？４００?ｋＨｚ；額定輸出功率??３０ｋＷ；功率密度２．４８?ｋＷ．Ｌ－１。進一步以此實驗平??臺進行實驗研宄。??４．１電源模塊啟動性能實驗??圖２為全碳化硅電源模塊啟動實驗結果，輸??出電壓＾從零上升到額定７５０?Ｖ，該暫態(tài)過程持??續(xù)時間約５?ｓ，具有適宜的啟動時間。進一步分析??可以發(fā)現，該啟動過程平穩(wěn)無振蕩，有效保證了直??流充電粧的安全穩(wěn)定運行。??圖２電源模塊啟動中的輸出電壓??Ｆｉｇ．?２?Ｏｕｔｐｕｔ?ｖｏｌｔａｇｅ?ｄｕｒｉｎｇ?ｐｏｗｅｒ?ｍｏｄｕｌｅ?ｓｔａｒｔｕｐ??４．２?電源模塊滿載穩(wěn)定運行實驗??圖３為全碳化硅電源模塊額定滿載運行的波??形。１４乂分別為輸入全碳化硅電源模塊的三相??交流電流。由此可見，全碳化硅電源模塊穩(wěn)定運行??時，輸入的交流電流具有良好的正弦度，不會對電??網造成嚴重的諧波污染。??圖４效率曲線??Ｆｉｇ．?４?Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｃｕｒｖｅ??４．４與傳統(tǒng)硅器件方案的對比??目前常用的直流充電樁電源模塊基于硅器件??進行設計開發(fā)，這里將全碳化硅電源模塊與３款??市場主流的全硅電源模塊進行功率（下轉第１２６？）??＾ｏｕｌ??ａａａａａａａ??■ｏａｗ）??ＡＡＡＡＡＡＡ／??（審?ｓｒｓｏ／一
第５４卷第３期??２０２０年３月??電力電子技術??Ｐｏｗｅｒ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ??Ｖｏｌ．５４，?Ｎｏ．３??Ｍａｒｃｈ?２０２０??ｆ／（１０?ｍｓ／格）??圖３電源模塊滿載運行波形??Ｆｉｇ．?３?Ｐｏｗｅｒ?ｍｏｄｕｌｅ?ｆｕｌｌ?ｌｏａｄ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎ?ｗａｖｅｆｏｒｍｓ??４．３電源模塊效率曲線??實測效率曲線如圖４所示。由于輔助供電的??存在，全碳化硅電源模塊的效率７７在超輕載情況??下較低，隨著輸出功率／＾增加，效率逐漸提高到??正常水平。在接近滿載時，由于磁性元件和功率器??件的工作狀態(tài)逼迫到效率有輕微下降，這里所提??的全碳化硅電源模塊在較寬功率范圍內均具有較??高的效率，峰值效率為９６．４８％，可以滿足大部分??實用充電工況的需求。??由于國家并沒有針對充電模塊提出相關的行??業(yè)標準，但充電模塊作為直流充電樁的核心部件，??因此行業(yè)內均按照直流充電粧的行業(yè)標準要求充??電模塊，要求充電模塊需滿足直流充電樁行業(yè)標??準中的技術指標，充電模塊在國標范圍內的基本??性能參數為：交流輸入電壓（３８０±１５％）?Ｖ，５０Ｈｚ；??直流輸出電壓３００￣７５０?Ｖ；交流電壓紋波：峰－峰??值＜１％，有效值＜０．５％；穩(wěn)壓精度＜１％；當輸出電??流＜３０?Ａ時，穩(wěn)流精度＜０．３?Ａ，當輸出電流＞３０?Ａ??時，穩(wěn)流精度＜１％；工作溫度－２５￣５０?Ｔ；噪聲＜６０?ｄＢ，??效率＞９３％；當半載及以上時：輸入電流總諧波畸??變率（ＴＨＤ）＜８％，當滿載時：７７／／）＜５％；當半載及??以上時，功率因數＞０．９８，功能為恒壓／限流�；�??基本性能參數，這里基于全碳化硅功率器件設計
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高速SiC MOSFET開關特性的測試方法[J]. 梁美,李艷,鄭瓊林,趙紅雁. 電工技術學報. 2017(14)
[2]國家“十三五”交通領域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃發(fā)布[J]. 郭嘉文. 廣東交通. 2017 (03)
[3]基于同步逆變器的電動汽車V2G智能充放電控制技術[J]. 劉東奇,鐘慶昌,王耀南,梁英. 中國電機工程學報. 2017(02)
[4]用于精確預測SiC MOSFET開關特性的分析模型[J]. 梁美,鄭瓊林,李艷,巴騰飛. 電工技術學報. 2017(01)
[5]SiC MOSFET、Si CoolMOS和IGBT的特性對比及其在DAB變換器中的應用[J]. 梁美,鄭瓊林,可翀,李艷,游小杰. 電工技術學報. 2015(12)
本文編號：3628939
【文章來源】：電力電子技術. 2020,54(03)北大核心CSCD
【文章頁數】：3 頁
【部分圖文】：
圖１全碳化硅功率模塊拓撲結構??Ｆｉｇ．?１?Ａｌｌ?ＳｉＣ?ｐｏｗｅｒ?ｍｏｄｕｌｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ??
構??Ｆｉｇ．?１?Ａｌｌ?ＳｉＣ?ｐｏｗｅｒ?ｍｏｄｕｌｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ??４?實驗驗證??為了進一步驗證全碳化硅電源模塊的實用??性，在此基于全碳化硅功率器件開發(fā)了一款電源??模塊，詳細參數為：交流輸入電壓（３８０±１５％）?Ｖ，??５０?Ｈｚ；直流輸出電壓３００￣７５０Ｖ；前級開關頻率??４２?ｋＨｚ；后級開關頻率１２０？４００?ｋＨｚ；額定輸出功率??３０ｋＷ；功率密度２．４８?ｋＷ．Ｌ－１。進一步以此實驗平??臺進行實驗研宄。??４．１電源模塊啟動性能實驗??圖２為全碳化硅電源模塊啟動實驗結果，輸??出電壓＾從零上升到額定７５０?Ｖ，該暫態(tài)過程持??續(xù)時間約５?ｓ，具有適宜的啟動時間。進一步分析??可以發(fā)現，該啟動過程平穩(wěn)無振蕩，有效保證了直??流充電粧的安全穩(wěn)定運行。??圖２電源模塊啟動中的輸出電壓??Ｆｉｇ．?２?Ｏｕｔｐｕｔ?ｖｏｌｔａｇｅ?ｄｕｒｉｎｇ?ｐｏｗｅｒ?ｍｏｄｕｌｅ?ｓｔａｒｔｕｐ??４．２?電源模塊滿載穩(wěn)定運行實驗??圖３為全碳化硅電源模塊額定滿載運行的波??形。１４乂分別為輸入全碳化硅電源模塊的三相??交流電流。由此可見，全碳化硅電源模塊穩(wěn)定運行??時，輸入的交流電流具有良好的正弦度，不會對電??網造成嚴重的諧波污染。??圖４效率曲線??Ｆｉｇ．?４?Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｃｕｒｖｅ??４．４與傳統(tǒng)硅器件方案的對比??目前常用的直流充電樁電源模塊基于硅器件??進行設計開發(fā)，這里將全碳化硅電源模塊與３款??市場主流的全硅電源模塊進行功率（下轉第１２６？）??＾ｏｕｌ??ａａａａａａａ??■ｏａｗ）??ＡＡＡＡＡＡＡ／??（審?ｓｒｓｏ／一
第５４卷第３期??２０２０年３月??電力電子技術??Ｐｏｗｅｒ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ??Ｖｏｌ．５４，?Ｎｏ．３??Ｍａｒｃｈ?２０２０??ｆ／（１０?ｍｓ／格）??圖３電源模塊滿載運行波形??Ｆｉｇ．?３?Ｐｏｗｅｒ?ｍｏｄｕｌｅ?ｆｕｌｌ?ｌｏａｄ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎ?ｗａｖｅｆｏｒｍｓ??４．３電源模塊效率曲線??實測效率曲線如圖４所示。由于輔助供電的??存在，全碳化硅電源模塊的效率７７在超輕載情況??下較低，隨著輸出功率／＾增加，效率逐漸提高到??正常水平。在接近滿載時，由于磁性元件和功率器??件的工作狀態(tài)逼迫到效率有輕微下降，這里所提??的全碳化硅電源模塊在較寬功率范圍內均具有較??高的效率，峰值效率為９６．４８％，可以滿足大部分??實用充電工況的需求。??由于國家并沒有針對充電模塊提出相關的行??業(yè)標準，但充電模塊作為直流充電樁的核心部件，??因此行業(yè)內均按照直流充電粧的行業(yè)標準要求充??電模塊，要求充電模塊需滿足直流充電樁行業(yè)標??準中的技術指標，充電模塊在國標范圍內的基本??性能參數為：交流輸入電壓（３８０±１５％）?Ｖ，５０Ｈｚ；??直流輸出電壓３００￣７５０?Ｖ；交流電壓紋波：峰－峰??值＜１％，有效值＜０．５％；穩(wěn)壓精度＜１％；當輸出電??流＜３０?Ａ時，穩(wěn)流精度＜０．３?Ａ，當輸出電流＞３０?Ａ??時，穩(wěn)流精度＜１％；工作溫度－２５￣５０?Ｔ；噪聲＜６０?ｄＢ，??效率＞９３％；當半載及以上時：輸入電流總諧波畸??變率（ＴＨＤ）＜８％，當滿載時：７７／／）＜５％；當半載及??以上時，功率因數＞０．９８，功能為恒壓／限流�；�??基本性能參數，這里基于全碳化硅功率器件設計
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高速SiC MOSFET開關特性的測試方法[J]. 梁美,李艷,鄭瓊林,趙紅雁. 電工技術學報. 2017(14)
[2]國家“十三五”交通領域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃發(fā)布[J]. 郭嘉文. 廣東交通. 2017 (03)
[3]基于同步逆變器的電動汽車V2G智能充放電控制技術[J]. 劉東奇,鐘慶昌,王耀南,梁英. 中國電機工程學報. 2017(02)
[4]用于精確預測SiC MOSFET開關特性的分析模型[J]. 梁美,鄭瓊林,李艷,巴騰飛. 電工技術學報. 2017(01)
[5]SiC MOSFET、Si CoolMOS和IGBT的特性對比及其在DAB變換器中的應用[J]. 梁美,鄭瓊林,可翀,李艷,游小杰. 電工技術學報. 2015(12)
本文編號：3628939
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3628939.html
