基于SiC功率器件的全桥LLC谐振型等离子体电源制造技术

本发明专利技术提供了一种基于SiC功率器件的全桥LLC谐振型等离子体电源，其特征在于：包括主电路和控制电路；所述主电路包括依次连接的整流滤波模块、高频全桥逆变模块、高频变压模块和快速整流滤波模块；所述整流滤波模块与三相交流输入电源连接，快速整流滤波模块与负载连接；其中，高频全桥逆变模块采用全桥逆变LLC型零电压软开关拓扑结构；所述高频全桥逆变模块、高频变压模块、快速整流滤波模块分别与控制电路连接，以实现由控制电路控制电源输出。该等离子体电源效率高，具有高功率密度，可靠性高，可降低电磁干扰强度并能够实现较大功率输出，具有良好动态响应性能，有利于实现对等离子体负载的高速精确调控。

Full bridge LLC resonant plasma power supply based on SiC power device

The invention provides a full bridge LLC resonant SiC power devices based on plasma power supply, which comprises a main circuit and a control circuit; the main circuit comprises a rectifying filter module, connecting the high frequency full bridge inverter module, high-frequency transformer module and fast rectifier module; the rectifier filter module is connected with the three-phase AC input power, fast rectifier filter module connected with the load; the high frequency full bridge inverter adopts full bridge inverter type LLC zero voltage soft switching topology; the high frequency full bridge inverter module, high-frequency transformer module, fast rectifier filter module is respectively connected with the control circuit to achieve the control circuit controls the power output. The plasma power supply has the advantages of high efficiency, high power density, high reliability, reduced electromagnetic interference intensity and high power output, and has good dynamic response performance, which is conducive to high-speed and precise control of plasma load.

【技术实现步骤摘要】
基于SiC功率器件的全桥LLC谐振型等离子体电源
本专利技术专利涉及特种电源
，具体是指一种基于SiC功率器件的全桥LLC谐振型等离子体电源。
技术介绍
等离子体电源朝着高效、高功率密度(小型化)、高频高压等更高要求方向发展，主要通过功率器件的高频化以及降低功耗来实现。目前，国内外大功率等离子体电源因其工作的高压、大电流、强功率等特点，普遍采用Si基功率器件；然而，Si基功率器件的性能已接近由其材料特性所决定的理论极限，提高频率以及降低功耗的潜力已经极其有限。新一代SiC功率器件与Si功率器件相比，在开关性能方面有着显著的优势，具有禁带宽度高、热导率高、临界击穿场强等优点，在改善整机性能、减少开关损耗、减小体积以及提高功率密度上具有良好的前景。但是，目前SiC功率器件在等离子体电源上的应用仍处于空白状态；因此，需要研制出一种基于SiC功率器件的等离子体电源来提高其电源效率和功率密度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于SiC功率器件、电源效率高、具有高功率密度、可靠性高、可降低电磁干扰强度并能够实现较大功率输出、具有良好动态响应性能、有利于实现对等离子体负载高速精确调控的全桥LLC谐振型等离子体电源。为了达到上述目的，本专利技术通过下述技术方案予以实现：一种基于SiC功率器件的全桥LLC谐振型等离子体电源，其特征在于：包括主电路和控制电路；所述主电路包括依次连接的整流滤波模块、高频全桥逆变模块、高频变压模块和快速整流滤波模块；所述整流滤波模块与三相交流输入电源连接，快速整流滤波模块与负载连接；其中，高频全桥逆变模块采用全桥逆变LLC型零电压软开关拓扑结构；所述高频全桥逆变模块、高频变压模块、快速整流滤波模块分别与控制电路连接，以实现由控制电路控制电源输出。本专利技术等离子体电源中，采用全桥逆变LLC型零电压软开关拓扑结构，具有高功率密度，并且能在带载条件下得到极高的转换效率；谐振换流频率高，可使主电路的时间常数减小，控制周期更短，动态性能更好，有利于便捷地实现对等离子体负载高速精确调控。优选地，所述的高频全桥逆变模块采用全桥逆变LLC型零电压软开关拓扑结构是指：高频全桥逆变模块包括SiC功率开关管Q101、SiC功率开关管Q102、SiC功率开关管Q103、SiC功率开关管Q104、电感L102、电感L103和电容C107；SiC功率开关管Q101和SiC功率开关管Q103串联后并联到整流滤波模块上；SiC功率开关管Q102和SiC功率开关管Q104串联后并联到整流滤波模块上；SiC功率开关管Q101和SiC功率开关管Q103的连接处与SiC功率开关管Q102和SiC功率开关管Q104的连接处之间通过依次连接的电感L103、电容C107和电感L102连接；电感L103与高频变压模块并联；SiC功率开关管Q101还并联有二极管D109和电容C103；SiC功率开关管Q102还并联有二极管D110和电容C104；SiC功率开关管Q103还并联有二极管D111和电容C105；SiC功率开关管Q104还并联有二极管D112和电容C106。本专利技术中，高频全桥逆变模块采用全桥逆变LLC型零电压软开关拓扑结构，适合高压输出的应用场合，可提高效率以及实现高频小型化。高频逆变技术可增强传递功率和提高能量转换效率；LLC谐振技术可提高功率密度，并且能在带载条件下得到极高的转换效率；所述零电压软开关模式是这样实现的：SiC功率开关管Q101～Q104利用其并联的二极管D109～D112以及电容C103～C106，当电容C103～C106放电到零时同时使并联二极管D109～D112自然导通，SiC功率开关管Q101～Q104栅源极电压被箝位到零，此时开通SiC功率开关管Q101～Q104可实现零电压开通，利用零电压软开关模式可实现功率换流，降低功率器件开关损耗，满足高效率高功率密度的需要；高频全桥逆变模块的功率开关管需要承受的电压较低，可避免功率开关管的损坏，并且采用SiC功率开关管作为功率开关管，耐压值高达1200V；SiC功率开关管采用并联方式连接，可满足大功率要求。优选地，所述高频变压模块包括高频变压器T101；所述快速整流滤波模块包括整流二极管D113、整流二极管D114、电容C108、电容C109和电抗L104；高频变压器T101的初级与高频全桥逆变模块连接；高频变压器T101的次级输出端一通过依次连接的整流二极管D113和电容C108与高频变压器T101的次级输出端二连接；高频变压器T101的次级输出端三通过整流二极管D114与整流二极管D113和电容C108的连接处连接；电抗L104和电容C109串联后并联在电容C108上；电容C109与负载并联。快速整流滤波模块采用全波整流结构，电路结构简单，电流波动幅度小；电抗L104可实现高性能的平滑滤波，有效改善电流纹波，有利于提高焊接质量。优选地，所述整流二极管D113和整流二极管D114均采用SiC肖特基二极管；无反向恢复电流，耐压值高达650V，可大幅降低开关损耗并提高开关频率。优选地，所述控制电路包括谐振模式控制器、高频驱动模块、峰值电流检测模块，电压反馈模块、过压检测模块、欠压检测模块和供电模块；所述谐振模式控制器通过高频驱动模块与高频全桥逆变模块连接；高频变压模块通过峰值电流检测模块与谐振模式控制器连接；快速整流滤波模块分别通过电压反馈模块和过压检测模块与谐振模式控制器连接；整流滤波模块通过欠压检测模块与谐振模式控制器连接；供电模块分别与谐振模式控制器和高频驱动模块连接。优选地，所述高频驱动模块包括高频放大器U201、高频放大器U202、隔直电容C201、电压钳位电路一、电压钳位电路二、高频脉冲变压器T201和两个高频驱动信号产生电路；所述谐振模式控制器包括谐振模式控制芯片；谐振模式控制芯片包括用于产生PFM1信号的接口和用于产生PFM2信号的接口；用于产生PFM1信号的接口通过依次连接的高频放大器U201、隔直电容C201、电压钳位电路一与高频脉冲变压器T201的初级输入端一连接，用于产生PFM2信号的接口通过依次连接的高频放大器U202和电压钳位电路二与高频脉冲变压器T201的初级输入端二连接；所述高频脉冲变压器T201带有两个次级，两个高频驱动信号产生电路结构相同，且两个高频驱动信号产生电路以相反方向分别连接于两个高频脉冲变压器T201的次级上。优选地，所述电压钳位电路一包括二极管D201和二极管D202；二极管D201和二极管D202连接后与供电模块连接；二极管D201和二极管D202的连接处分别与隔直电容C201和高频脉冲变压器T201的初级输入端一连接；所述电压钳位电路二包括二极管D203和二极管D204；二极管D203和二极管D204连接后与供电模块连接；二极管D203和二极管D204的连接处分别与高频放大器U202和高频脉冲变压器T201的初级输入端二连接。优选地，所述高频驱动信号产生电路包括电阻R201、电阻R202、电阻R203、电阻R204、电阻R205、泄排电阻R206、电容C202、电容C203、二极管D205、二极管D206、二极管D207、二极管D208、稳压二极管ZD201、稳压二极管Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SiC功率器件的全桥LLC谐振型等离子体电源，其特征在于：包括主电路和控制电路；所述主电路包括依次连接的整流滤波模块、高频全桥逆变模块、高频变压模块和快速整流滤波模块；所述整流滤波模块与三相交流输入电源连接，快速整流滤波模块与负载连接；其中，高频全桥逆变模块采用全桥逆变LLC型零电压软开关拓扑结构；所述高频全桥逆变模块、高频变压模块、快速整流滤波模块分别与控制电路连接，以实现由控制电路控制电源输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于SiC功率器件的全桥LLC谐振型等离子体电源，其特征在于：包括主电路和控制电路；所述主电路包括依次连接的整流滤波模块、高频全桥逆变模块、高频变压模块和快速整流滤波模块；所述整流滤波模块与三相交流输入电源连接，快速整流滤波模块与负载连接；其中，高频全桥逆变模块采用全桥逆变LLC型零电压软开关拓扑结构；所述高频全桥逆变模块、高频变压模块、快速整流滤波模块分别与控制电路连接，以实现由控制电路控制电源输出。2.根据权利要求1所述的基于SiC功率器件的全桥LLC谐振型等离子体电源，其特征在于：所述的高频全桥逆变模块采用全桥逆变LLC型零电压软开关拓扑结构是指：高频全桥逆变模块包括SiC功率开关管Q101、SiC功率开关管Q102、SiC功率开关管Q103、SiC功率开关管Q104、电感L102、电感L103和电容C107；SiC功率开关管Q101和SiC功率开关管Q103串联后并联到整流滤波模块上；SiC功率开关管Q102和SiC功率开关管Q104串联后并联到整流滤波模块上；SiC功率开关管Q101和SiC功率开关管Q103的连接处与SiC功率开关管Q102和SiC功率开关管Q104的连接处之间通过依次连接的电感L103、电容C107和电感L102连接；电感L103与高频变压模块并联；SiC功率开关管Q101还并联有二极管D109和电容C103；SiC功率开关管Q102还并联有二极管D110和电容C104；SiC功率开关管Q103还并联有二极管D111和电容C105；SiC功率开关管Q104还并联有二极管D112和电容C106。3.根据权利要求1所述的基于SiC功率器件的全桥LLC谐振型等离子体电源，其特征在于：所述高频变压模块包括高频变压器T101；所述快速整流滤波模块包括整流二极管D113、整流二极管D114、电容C108、电容C109和电抗L104；高频变压器T101的初级与高频全桥逆变模块连接；高频变压器T101的次级输出端一通过依次连接的整流二极管D113和电容C108与高频变压器T101的次级输出端二连接；高频变压器T101的次级输出端三通过整流二极管D114与整流二极管D113和电容C108的连接处连接；电抗L104和电容C109串联后并联在电容C108上；电容C109与负载并联。4.根据权利要求3所述的基于SiC功率器件的全桥LLC谐振型等离子体电源，其特征在于：所述整流二极管D113和整流二极管D114均采用SiC肖特基二极管。5.根据权利要求1所述的基于SiC功率器件的全桥LLC谐振型等离子体电源，其特征在于：所述控制电路包括谐振模式控制器、高频驱动模块、峰值电流检测模块，电压反馈模块、过压检测模块、欠压检测模块和供电模块；所述谐振模式控制器通过高频驱动模块与高频全桥逆变模块连接；高频变压模块通过峰值电流检测模块与谐振模式控制器连接；快速整流滤波模块分别通过电压反馈模块和过压检测模块与谐振模式控制器连接；整流滤波模块通过欠压检测模块与谐振模式控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振民，范文艳，谢芳祥，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44