宽范围隔离型双向SiC DC/DC变换器设计

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DC/DC变换器广泛应用于生产生活的各个领域,比如新能源发电领域、电动汽车领域和轨道交通领域。上述场合既要求DC/DC变换器能够承受比较宽的输入电压,还需要DC/DC变换器保证其高效率。为了满足这些要求,本文基于移相式隔离双向DC/DC变换器设计了新型两级式隔离双向DC/DC变换器,并使用宽禁带器件SiC MOSFET作为主要功率开关器件。以此为基础,重点研究了 SiC MOSFET的应用、宽范围隔离双向DC/DC变换器的拓扑和针对变压器漏感引起的开关管过压抑制等问题。本文首先对比了 SiC MOSFET与Si MOSFET的静态特性、动态特性和其一些重要的参数,针对SiC MOSFET与Si MOSFET的部分不同特性,分析了 SiC MOSFET对驱动的要求,并针对本文所使用的SiC MOSFET,设计了其驱动电路,之后进行双脉冲测试,验证了本文所使用的驱动能够满足设计要求。其次,针对系统宽范围参数的要求,选择采用两级拓扑来应对这种特殊工况,之后以开关管电压电流应力为切入点,对比常用功率拓扑,确定了以Buck/Boost变换器作为输入,隔离双向DC/DC变换器作为输出的两级变换器拓扑,并详细分析了所使用拓扑的工作原理,然后根据参数指标设计了系统方案,最后进行了仿真验证,验证了所设计变换器能够满足系统要求。接下来,讨论了变压器漏感对移相式隔离双向DC/DC变换器正向和反向工作时的影响,详细分析了副边开关管过压尖峰的形成过程。为了减小漏感在换流过程产生的影响,设计了有源钳位电路抑制开关管过压,然后详细分析了有源钳位电路的工作原理,并进行了仿真验证,结果显示有源钳位电路能够消除开关管过压并吸收漏感能量。最后,根据参数要求计算了变换器的变压器相关参数、电感值和电容值并对变换器的主要功率器件进行了选型,设计出实验样机及控制系统,最后通过实验样机验证了系统满足设计要求,变换器功能可以适应各种工况要求,并且有源钳位有效消除开关管过压尖峰。
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