一种提高碳化硅H桥逆变器稳定性与降低损耗的方法技术

本发明专利技术公开了一种在SiC MOSFET单相H桥逆变器中加入铁氧体磁珠从而提高系统稳定性与降低损耗的方法，包括：铁氧体磁珠的安放位置选择方法；铁氧体磁珠的数目选取方法。SiC MOSFET单相H桥电路包括：直流电源、直流侧滤波电容、驱动信号产生电路、MOSFET开关管、铁氧体磁珠、负载电感。由于控制板输出信号的不可靠与系统寄生参数相互作用会使系统产生振荡，利用磁珠很高的电阻率和磁导率，高频电流在其中以热量形式散发的原理可以有效抑制振荡。通过本发明专利技术抑制了由于系统寄生参数的影响以及控制板输出信号的不可靠，在高速开关过程中出现的不稳定现象，获得了系统稳定性与损耗的较好权衡。

Method for improving stability and reducing loss of silicon carbide H bridge inverter

The invention discloses a method for adding ferrite beads in SiC MOSFET single-phase H bridge inverter to improve system stability and reduce the loss of the method, including: ferrite bead position selection method; method of selecting the number of ferrite beads. SiC MOSFET single-phase H bridge circuit includes a DC power supply, DC filter capacitor, driving signal generating circuit, MOSFET switch, ferrite bead, load inductance. Because the output signal of the control board is not reliable and parasitic interaction parameters will make the system oscillation, using electrical resistivity and high magnetic permeability, the principle of high frequency current distributed in the form of heat which can effectively suppress the oscillation. The invention is inhibited due to influence of parasitic parameters and the output signal of the control board is not reliable, unstable phenomenon in the high-speed switching process, better system stability and loss balance.

【技术实现步骤摘要】
一种提高碳化硅H桥逆变器稳定性与降低损耗的方法
:本专利技术涉及电力电子领域，特别涉及铁氧体磁珠在单相H桥逆变器中提高稳定性与降低损耗的方法。
技术介绍
:目前，电力电子器件的主流是基于硅材料的MOSFET、IGBT和晶闸管等器件，经过60多年的发展，硅基器件已经取得了长足的发展，其性能已经逐步逼近由材料物理特性决定的理论极限。而SiCMOSFET因为在开关速度、耐压值、导通电阻、抗辐射能力、耐高温能力、降低系统损耗等方面的出色性能获得广泛关注，是我国发展新能源迫切解决的关键技术核心，以满足节能减排和新能源并网技术的发展对电力电子器件的性能和可靠性的要求。SiCMOSFET作为一个高速器件，对寄生参数非常敏感，高电压变化率和电流变化率容易造成串扰和系统的不稳定，所以研究寄生参数对器件性能的影响是十分必要的。系统寄生参数及控制板输出信号的不可靠会使SiCMOSFET在开通过程中产生不稳定现象。现代技术方法主要依靠通过增加驱动电阻的方法使系统稳定，然而这种方法实现系统稳定势必会增加系统的开关损耗，因此解决这个问题显得尤为重要——提高单相H桥逆变器的稳定性与降低损耗。
技术实现思路
:本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提出了一种铁氧体磁珠在单相H桥电路中提高稳定性与降低损耗的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：1.一种SiCMOSFET单相H桥逆变器中加入铁氧体磁珠提高稳定性与降低损耗的方法，其特征在于，该提高稳定性与降低损耗的方法包含有：选取铁氧体磁珠的最佳安放位置，使高频系统的稳定性和损耗最优化；确定提高高频系统稳定性和降低损耗的铁氧体磁珠的最佳数目。2.在一实施例中，更包含有确定一种SiCMOSFET单相H桥逆变器的铁氧体磁珠的最佳安放位置的步骤。3.一种铁氧体磁珠提高稳定性与降低损耗的方法，适用于一种SiCMOSFET单相H桥逆变器。该电路，其特征在于，包括：直流电压源，直流侧滤波电容，第一磁珠，第二磁珠，第三磁珠，第四磁珠，第一MOSFET，第二MOSFET，第三MOSFET，第四MOSFET，负载电感。直流电压源正极经过第一铁氧体磁珠上端、第一MOSFET的漏极、第二铁氧体磁珠上端、第二MOSFET漏极，然后连接至直流电压源负极。直流电压源正极经过第三铁氧体磁珠上端、第三MOSFET的漏极、第四铁氧体磁珠上端、第四MOSFET的漏极滤，然后连接至直流电压源负极。负载电感的一端连接至第一MOSFET的源极和第二铁氧体磁珠的上端之间，另一端连接至第三MOSFET的源极和第四铁氧体磁珠的上端之间。驱动电路产生的信号分别连接第一MOSFET、第二MOSFET、第三MOSFET和第四MOSFET的栅极。本专利技术的有益效果是：在主回路中合适的位置加入一定大小的铁氧体磁珠并使其与驱动电阻配合，可以在不减慢开通速度的情况下使系统稳定不产生振荡现象，并且开关损耗大幅度减小，实现了系统稳定性与开关速度的权衡。以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。附图说明：图1是本专利技术SiCMOSFET单相H桥逆变器的SPWM控制信号波形；图2是本专利技术提高系统稳定性和降低损耗的方法适用于高频电路的器件开关过程的电流流向；图3是本专利技术铁氧体磁珠的阻抗特性；图4是本专利技术铁氧体磁珠在实施例中安放的位置；图5是本专利技术铁氧体磁珠在实施例中串入磁珠前后的驱动信号波形对比。图6是本专利技术铁氧体磁珠在SiCMOSFET单相H桥逆变器系统中的具体安放位置。其中附图标记Ud主电路直流电源电压，C1直流侧电容；Ldc母线电感，L电感负载；M1、M2、M3、M4SiCMOSFET。具体实施方法：以下结合附图来详细说明本专利技术的具体实施方式。相同的符号代表具有相同或类似功能的构件或装置。请参阅图1，是本专利技术SiCMOSFET单相H桥逆变器的SPWM控制信号波形。将频率为fc的三角载波信号uc直接与基频正弦波调制信号us进行比较，就可以生成四路控制信号，生成的控制信号经驱动电路放大之后，分别加在单相H桥逆变器的四个开关器件的栅极，从而就可以控制主电路开关器件的开通和关断。其中信号uGS1和信号uGS2互补，用以驱动同一半桥的开关管：第一MOSFET和第二MOSFET；同时信号uGS3和uGS4也互补，用以驱动另一半桥的两个开关管：第三MOSFET和第四MOSFET；并且信号uGS1和uGS4、uGS2和uGS3也两两相同。当调制波大于三角载波时，输出驱动信号为正脉冲，即高电平；当调制波小于三角载波时，输出驱动信号为负脉冲，即低电平，此时得到单相全桥逆变器的输出电压波形如图1所示，图中uo为全桥输出电压(不经滤波器)，电压幅值为直流侧母线电压Ud。请参阅图2，是本专利技术提高系统稳定性和降低损耗的方法适用于SiCMOSFET单相H桥逆变器开关过程的电流流向。由于第一、四磁珠的作用和第二、三磁珠的作用相同，现仅以第一、四磁珠的安放为例进行介绍。当第一MOSFET和第四MOSFET导通时，此时输出电压Uo为高电平，且幅值为直流母线电压Ud，负载电流io的流向如图2(a)所示。当第一MOSFET和第四MOSFET关断，并且第二MOSFET和第三MOSFET未完全开通时(该段时间包括第二MOSFET和第三MOSFET的开通延迟以及死区时间)，由于阻感负载中的电流io不能突变，所以负载电流io经过第二MOSFET和第三MOSFET的体二极管续流，此时负载电流流向如图2(b)所示。当第一MOSFET和第四MOSFET关断，第二MOSFET和第三MOSFET开通时，并且在上一个开关状态结束，负载电流io仍为正值时，回路中电流的流向由电源经母线电感和第二MOSFET和第三MOSFET。由didc/dt≈iL/ton可知，开通速度越快或者负载电流越大，电流变化率越大。当变化率过大时会产生严重的EMI问题，母线上迅速变化的电流会造成较大的共模电压与电流，会使同一个桥臂上互补的开关管的驱动信号产生高频振荡，并且共模电压通过驱动芯片及光耦芯片耦合到控制板。由于控制板发出驱动信号的开关在开通过程中会产生机械振荡，此时共模信号与机械振荡相互影响，导致控制板发出的驱动波形不可靠，整个系统便开始振荡，无法正常工作。当然，在负载电流为负值时也会出现同样的情况。请参阅图3，是本专利技术所选用的铁氧体磁珠的阻抗特性。该磁珠为大电流铁氧体磁珠，磁珠设计3.5Ω/100MHz，磁珠阻抗特性为非线性，频率越高，电阻阻值越大。请参阅图4，是本专利技术铁氧体磁珠在实施例中安放的位置。在第二MOSFET和第三MOSFET开通过程中，高频振荡回路如图中红色实线所示，将铁氧体磁珠安放在同一个桥臂的互补开关管可以有效阻尼高频振荡，即第一MOSFET的漏极端和第四MOSFET的漏极端。该大电流磁珠磁饱和风险极小，可以更好地阻尼高频振荡。请参阅图5，是本专利技术铁氧体磁珠在实施例中串入磁珠前后的驱动信号波形对比。在高频时所增加的抑制噪声的能力有些情况下没有预期的好，这时候需要进行串并联磁珠以达到最优的抑制效果。在P位置串入磁珠，在一定的直流电压下，通过将磁珠串并联使得图5中的开关管的驱动信号波形不再发生高频振荡为止，此时串入的磁珠阻抗为最佳值，从而在不增加栅极驱动电阻的情况下保证了整个系统的稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高SiC MOSFET单相H桥逆变器稳定性与降低损耗的方法，其特征在于，该提高稳定性与降低损耗的方法包含有：选取铁氧体磁珠的最佳安放位置，使高频系统稳定性和损耗最优化；选取提高高频系统稳定性和降低损耗的铁氧体磁珠的最佳数目。

【技术特征摘要】
1.一种提高SiCMOSFET单相H桥逆变器稳定性与降低损耗的方法，其特征在于，该提高稳定性与降低损耗的方法包含有：选取铁氧体磁珠的最佳安放位置，使高频系统稳定性和损耗最优化；选取提高高频系统稳定性和降低损耗的铁氧体磁珠的最佳数目。2.如权利要求1所述的铁氧体磁珠的最佳...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴鹏，石聪聪，谢后晴，周凯，孙伟男，张雷，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32