一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置，包括主控系统、三相交流滤波电路、PFC电感电路、三相全桥碳化硅功率电路、交流线电压采样调理电路、交流相电流采样调理电路、SIC驱动电路、直流滤波电路、直流电压采集电路、第一隔离电源、第二隔离电源、电平转换模块、通信模块、温度采集电路、直流母线滤波整形模块、直流母线电压采集电路，解决了目前产品无法持续高温工作、损耗大效率低、体积重量大、可靠性不高的技术问题。

A high voltage and high power three-phase fully controlled rectifier based on silicon carbide

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置
本专利技术属于航空二次电源、有源功率因数矫正(APFC)
，涉及一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置。
技术介绍
目前在工业和航空领域广泛使用的整流装置、功率因数矫正产品、开关电源、变频器、电机驱动控制等，均采用传统的半导体Si基器件进行功率变换，常用的硅MOSFET、IGBT产品，虽然很大程度上提高了产品的电气化水平，但Si基半导体产品使用中仍然存在一些无法解决的问题。典型问题如下：1、Si材料无法工作在较高的温度，使得产品应用场合受限。2、Si材料的击穿场强低、阻断电压低，导致器件的耐压等级较低，产品失效概率相对较大，无法在更高电压等级中使用。3、半导体器件导通损耗与其击穿场强成反比，在相同的功率等级下，Si器件导通损耗比SiC器件大很对，且Si器件导通损耗随温度的变化大，Si器件特性不如SiC器件稳定。4、Si器件导热系数较低，饱和电子温漂率低，无法工作在更高的工作频率，使得产品的性能无法进一步提高。为解决上述问题，需要采用新一代宽禁带半导体功率器件，使得电力电子变换技术，电源转换等领域的产品实现跨越式发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提出一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置，以解决目前产品无法持续高温工作、损耗大效率低、体积重量大、可靠性不高的技术问题。本专利技术的技术方案是：一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置，包括主控系统、三相交流滤波电路、PFC电感电路、三相全桥碳化硅功率电路、交流线电压采样调理电路、交流相电流采样调理电路、SIC驱动电路、直流滤波电路、直流电压采集电路、第一隔离电源、第二隔离电源、电平转换模块、通信模块、温度采集电路、直流母线滤波整形模块、直流母线电压采集电路，所述的三相交流滤波电路分别与PFC电感电路、交流线电压采样调理电路连接，所述的PFC电感电路分别与交流相电流采样调理电路、三相全桥碳化硅功率电路连接，三相全桥碳化硅功率电路分别与直流母线滤波整形模块、SIC驱动电路、温度采集电路连接，所述的直流母线滤波整形模块与直流母线电压采集电路连接，所述的直流母线电压采集电路、温度采集电路、SIC驱动电路、交流线电压采样调理电路、交流相电流采样调理电路、电平转换模块、直流电压采集电路、通信模块均与主控系统连接，所述的直流滤波电路分别与直流电压采集电路、第一隔离电源、第二隔离电源连接，第一隔离电源与SIC驱动电路连接，第二隔离电源分别与交流相电流采样调理电路、交流线电压采样调理电路连接。所述的主控系统为JDSPF28335处理器。所述的直流滤波电路与外部的28V直流电源连接，所述的电平转换模块为5V转3.3/1.9V。所述的第一隔离电源为6路28V转+18/－4V隔离电源，所述的第二隔离电源为1路28V转4组5V的隔离电源。所述的三相全桥碳化硅功率电路包括6只碳化硅功率MOS管S1、S2、S3、S4、S5、S6，缓冲吸收电容C79、C107、C210，薄膜电容C77，合金采样电阻R69、R73、R77，碳化硅功率MOS管S1与S2串联组成第一桥臂，S3与S4串联组成第二桥臂，S5与S6串联组成第三桥臂，所述的缓冲吸收电容C79、第一桥臂、C107、第二桥臂、C210、第三桥臂、薄膜电容C77依次并联，第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂分别与合金采样电阻R69、R73、R77连接。碳化硅功率MOS管最小耐压值为1200V，额定电流为90A。所述的通信模块为422通信电路。SIC驱动电路包括隔离型栅极驱动器，电容C8、C16、C12，稳压管D2、D4，电阻R2，二极管D1，所述隔离型栅极驱动器的管脚1与－4V电源以及电容C8一端连接，电容C8另一端分别与电容C16一端、稳压管D4的正极、电容C12的一端以及隔离型栅极驱动器管脚3连接，隔离型栅极驱动器的管脚1与稳压管D4的负极、电容C12的另一端、电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与稳压管D2的负极连接，所述隔离型栅极驱动器的管脚5与电容C16另一端以及+18V电源连接，隔离型栅极驱动器的管脚6分别与二极管D5的负极、电阻R13、R15的一端连接，二极管D5的正极与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端分别与电阻R13、R15的另一端以及电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端分别与电容C23、C26、C27的一端连接，电容C23、C26、C27的另一端与隔离型栅极驱动器的管脚8以及－4V电源连接，隔离型栅极驱动器的管脚9、管脚11、管脚16均与地电位连接，隔离型栅极驱动器的管脚10与电阻R17、R20、电容C24的一端连接，电阻R20、电容C24的另一端与地电位连接，隔离型栅极驱动器的管脚12与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与隔离型栅极驱动器的管脚15、电容C9的一端、电阻R7的一端、电源VCC连接，电阻R7的另一端与隔离型栅极驱动器的管脚13连接，电容C9的另一端与地电位连接。所述的直流滤波电路包括防反接电路、两级直流共模滤波电路，所述的三相交流滤波电路包括两级交流共模滤波电路。本专利技术的技术效果是：本专利技术的一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置，能够实现功率因数大于99.8％的近单位功率因数运行，谐波含量小于1％。可以显著减少产品的体积重量，提升产品效率和功率密度，产品更加小型化、集成化，具有良好的电磁兼容性。技术通用性强，可满足不同需求的电能转换产品。非常适用于对空间和重量要求很高的航空航天领域。典型技术优势如下：1、更宽的功率使用范围，可灵活应用于0～几十千瓦的功率变换产品。2、更高的开关频率，可实现最高300KHZ的开关工作频率运行。3、更高的产品效率，比同类Si基器件效率提高5～8％以上，整机效率可达98％以上。4、更小的产品体积重量，比同等级Si基器件体积重量减小30％以上。5、元器件国产化率达到98％，满足军品需求。附图说明图1为本专利技术装置结构原理图；图2为三相全桥碳化硅功率电路原理图；图3为SIC驱动电路原理图；图4为三相交流滤波电路、直流滤波电路原理图；图5为PFC电感电路原理图；图6为功率MOSFET驱动电路原理图；具体实施方式本方案采用三相电压型PWM整流器具有输入电流正弦且实现单位功率因数、直流电压恒定且可以迅速调节控制，以及良好的动态性能且可以实现能量的双向流动等显著优点，三相电压型PWM整流的控制结构和常见的三相电压逆变器的结构类似。如图1所示，一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置，包括主控系统、三相交流滤波电路、PFC电感电路、三相全桥碳化硅功率电路、交流线电压采样调理电路、交流相电流采样调理电路、SIC驱动电路、直流滤波电路、直流电压采集电路、第一隔离电源、第二隔离电源、电平转换模块、通信模块、温度采集电路、直流母线滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置，其特征在于：包括主控系统、三相交流滤波电路、PFC电感电路、三相全桥碳化硅功率电路、交流线电压采样调理电路、交流相电流采样调理电路、SIC驱动电路、直流滤波电路、直流电压采集电路、第一隔离电源、第二隔离电源、电平转换模块、通信模块、温度采集电路、直流母线滤波整形模块、直流母线电压采集电路，所述的三相交流滤波电路分别与PFC电感电路、交流线电压采样调理电路连接，所述的PFC电感电路分别与交流相电流采样调理电路、三相全桥碳化硅功率电路连接，三相全桥碳化硅功率电路分别与直流母线滤波整形模块、SIC驱动电路、温度采集电路连接，所述的直流母线滤波整形模块与直流母线电压采集电路连接，所述的直流母线电压采集电路、温度采集电路、SIC驱动电路、交流线电压采样调理电路、交流相电流采样调理电路、电平转换模块、直流电压采集电路、通信模块均与主控系统连接，所述的直流滤波电路分别与直流电压采集电路、第一隔离电源、第二隔离电源连接，第一隔离电源与SIC驱动电路连接，第二隔离电源分别与交流相电流采样调理电路、交流线电压采样调理电路连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置，其特征在于：包括主控系统、三相交流滤波电路、PFC电感电路、三相全桥碳化硅功率电路、交流线电压采样调理电路、交流相电流采样调理电路、SIC驱动电路、直流滤波电路、直流电压采集电路、第一隔离电源、第二隔离电源、电平转换模块、通信模块、温度采集电路、直流母线滤波整形模块、直流母线电压采集电路，所述的三相交流滤波电路分别与PFC电感电路、交流线电压采样调理电路连接，所述的PFC电感电路分别与交流相电流采样调理电路、三相全桥碳化硅功率电路连接，三相全桥碳化硅功率电路分别与直流母线滤波整形模块、SIC驱动电路、温度采集电路连接，所述的直流母线滤波整形模块与直流母线电压采集电路连接，所述的直流母线电压采集电路、温度采集电路、SIC驱动电路、交流线电压采样调理电路、交流相电流采样调理电路、电平转换模块、直流电压采集电路、通信模块均与主控系统连接，所述的直流滤波电路分别与直流电压采集电路、第一隔离电源、第二隔离电源连接，第一隔离电源与SIC驱动电路连接，第二隔离电源分别与交流相电流采样调理电路、交流线电压采样调理电路连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置，其特征在于：所述的主控系统为JDSPF28335处理器。


3.根据权利要求1所述的一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置，其特征在于：所述的直流滤波电路与外部的28V直流电源连接，所述的电平转换模块为5V转3.3/1.9V。


4.根据权利要求1所述的一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置，其特征在于：所述的第一隔离电源为6路28V转+18/－4V隔离电源，所述的第二隔离电源为1路28V转4组5V的隔离电源。


5.根据权利要求1所述的一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置，其特征在于：所述的三相全桥碳化硅功率电路包括6只碳化硅功率MOS管S1、S2、S3、S4、S5、S6，缓冲吸收电容C79、C107、C210，薄膜电容C77，合金采样电阻R69、R73、R77，碳化硅功率MOS管S1与S2串联组成第一桥臂，S3与S4串联组成第二桥臂，S5与S6串联组成第三桥臂，所述的缓冲吸收电容C79、第一桥臂、C107、第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，张文展，谢学坤，崔灿，郑彦青，
申请(专利权)人：新乡航空工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41