基于SiC MOSFET的三相并网变换器应用技术的研究

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随着能源问题的日趋严峻,更加高效、高质量地获取及使用电能变得越来越迫切。由于碳化硅(SiC)器件高开关频率、耐高压、耐高温的特性,能进一步提升变换器的转化效率,减少损耗,对社会的可持续发展有着重要的意义。然而目前针对SiC MOSFET的仿真建模、高频驱动以及高开关频率引起的谐波问题等方面的研究较少,为此本文对基于SiC MOSFET的三相并网变换器应用技术展开研究。  本文首先分析了SiC MOSFET的动静态特性,并以此建立了SiC MOSFET的半物理模型,通过双脉冲电路测试了模型的开关特性。然后,从驱动电源、短路保护、双阶段软关断以及串扰抑制等方面设计了符合SiC MOSFET特性的高频驱动电路,着重研究了串扰产生的机理,并提出相应的串扰抑制策略。接着,针对SiC MOSFET高开关频率带来更加严重的死区累积效应,给出了基于静止坐标系的谐振控制器和改进的准谐振控制器,以及基于同步旋转坐标系的准谐振控制器方案,用以抑制死区时间带来的低次谐波;同时,针对高速开关引入的高频谐波问题,对比研究了LCL、LLCL、L(LCL)2以及LTCL四种高阶滤波器对高频谐波的抑制效果。  最后,为了测试驱动电路的工作性能,以及验证死区引起的低次谐波抑制策略和高频谐波抑制策略的实际效果,本文搭建了基于SiC MOSFET的三相并网变换器仿真电路及硬件实验平台,通过仿真与物理实验验证了所设计的高频驱动电路及谐波抑制策略的可行性与有效性。
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