基于SiC MOSFET的直流微网DC-DC变换器研究

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为了实现新能源微电网之间互济互助,从而提高供电可靠性和系统整体能效,必须有高性能的微电网互联接口变换器作为支撑。双向DC-DC变换器是直流微电网互联运行的关键装置,含新能源分布式电源的直流微电网迅速发展及互联需求对其性能要求越来越高,同时,以SiC MOSFET为代表的第三代宽禁带半导体技术的发展,也为进一步提高双向DC-DC变换器效率、功率密度等性能提供了器件基础。课题以直流微电网高效可靠互联为背景,围绕基于SiC MOSFET的双向DC-DC变换器展开研究,提出了一种适用于低压直流微网互联的非隔离型真双极双向DC-DC变换器拓扑。介绍了该拓扑的基本工作原理,利用小信号分析法建立了变换器在不同工作模式下的数学模型;在此基础上提出了适用于该拓扑的控制策略,并对该控制策略下的控制系统稳定性进行了分析。当SiC MOSFET应用于双向变换器时,对变换器效率、功率密度等性能带来提升的同时也引入了一些新的问题,其中串扰问题最为严重。为了解决该问题,从而充分发挥SiC MOSFET的优势,分析了串扰问题在本文变换器拓扑中出现的机理,通过构建等效模型研究了寄生参数对串扰电压的影响规律,然后提出一种有效的串扰电压抑制策略,为SiC MOSFET驱动电路的优化设计奠定了基础。在理论研究和仿真分析基础上,完成了基于SiC MOSFET的双向DC-DC变换器样机研制。首先对样机的总体设计方案进行了介绍,然后从功率电路设计、驱动电路设计、辅助电源电路设计、控制电路设计、采样电路设计五部分详细介绍了样机的硬件电路。之后又从主程序设计、PWM子程序设计、ADC采样子程序设计、PI调节子程序设计、闭环控制子程序设计五部分对样机的软件控制系统进行了介绍。利用仿真软件对变换器拓扑的整体功能进行了分析,仿真结果验证了理论分析的正确性。最后,在实验室环境下对所研制样机进行了测试,驱动信号、Buck模式、Boost模式、效率等测试的结果与仿真结果基本一致,进一步验证了本文研究成果的正确性。
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