一种基于SiC的大功率高频全桥逆变装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术为一种基于SiC的大功率高频全桥逆变装置。包括整流、逆变单元，逻辑保护单元，高频SiC驱动单元，电压、电流检测单元，DSP控制单元和MCGS组态屏。其中整流单元主要实现市电到直流电的转变，SiC驱动单元为逆变单元提供门极驱动信号，电压、电流检测单元监控整流、逆变单元的电压、电流，实现功率单元的过压、过流、报警功能；DSP控制单元产生PWM信号实现恒压、恒流和恒功率供电模式的切换；同时DSP控制单元与MCGS组态屏实现实时控制与监控的功能。本实用新型专利技术提供了一种基于SiC的大功率高频全桥逆变装置，该装置工作频率可达到1MHz，最大功率为42kw，有高频、高功率、体积小的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SiC的大功率高频全桥逆变装置
本技术涉及整流、逆变
，尤其涉及一种基于SiC的大功率高频全桥逆变装置。
技术介绍
目前，高频逆变单元常见的拓扑为E类高频逆变拓扑，双E类高频逆变拓扑和全桥式高频逆变拓扑E类，高频逆变结构简单，其拓扑采用改变输入直流电压或占空比的方法来提升在小负载时的逆变效率，但是当开关占空比不同时，工作时逆变输出的交流电压峰值可达到直流电压的3-5倍，限制了直流侧的输入电压的大小，难以实现大功率输出；双E类高频逆变单元每个开关管上承受的电压是E类高频逆变单元的1/2，降低了对直流电源和开关管的耐压等级，进而提高了系统功率,但是双E类高频逆变单元输入电感的电流纹波较大，有载品质因数降低，并联电感损耗较高，从而降低了逆变器整体的效率，与E类高频逆变单元和双E类高频逆变单元相比，全桥式高频逆变单元有电压利用率高，功率范围广，控制灵活方便，负载范围广的特点。与普通的Si半导体材料相比，SiC半导体材料的物理特性更加优良，其工作频率高，同时开关损耗较低，并且SiC器件的逆变器的体积更小，功率密度高可达10W/cm，为实现更高效率，更高功率密度的逆变器提供了一种新的解决方案。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供一种基于SiC功率器件的大功率高频全桥逆变装置，以降低开关损耗，提高逆变器的传输效率及其工作频率。为达到上述目的，本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于SiC的大功率高频全桥逆变装置其特征在于：包括大功率整流、逆变单元，逻辑门保护单元与高频SiC驱动单元，电压、电流检测单元，DSP控制单元，MCGS人机交互界面。DSP控制单元与MCGS组态屏，逻辑门保护单元与高频SiC驱动单元，电压、电流检测单元通过数据线连接并且实时通信。高频SiC驱动单元的控制信号与大功率SiC整流单元连接，大功率SiC整流单元分别与高频SiC驱动单元的驱动信号，负载和电压、电流检测单元的检测信号相连接。电压、电流检测单元分别与大功率SiC逆变单元，DSP控制单元的AD端口连接。所述DSP控制单元为数字信号处理器，为高频全桥逆变单元提供四路带移相、互补与死区功能的PWM控制信号,同时，两路AD实时测量高频全桥逆变单元中电压、电流信息，实时计算输出功率，在电压、电流、温度过大时及时停止工作，保护功率电路，所述高频驱动单元采用单管驱动的方式，上、下桥臂采用相同的元器，布局满足左右对称的原则，方便调试与识别，由于所述全桥逆变单元是一个大功率、高频设备，SiC门极驱动必须采用隔离电源和光耦将强弱电进行隔离，并且具有浪涌隔离保护的作用。所述隔离电源24V输入，输出为20V和-5V，所述光耦选择高速光耦合器，绝缘电压达3750Vrms，上升下降时间小分别为2ns、3ns，所述SiC驱动器最大工作频率高达2MHz，可应用于高频率、高功率的大部分场合中，所述大功率高频逆变器为四个SiC开关管组成的全桥逆变单元，所述SiC开关管漏极电压高达650V，漏极电流高达31A，漏极导通电阻0.08Ω，门极驱动电压为-25V~+25V，可用逆变高频交流电。所述电压、电流检测单元输出信号与DSP控制单元连接，所述电压检测选择LV25-P采集电压，测量电压范围±10~±500V，匝数比2500:1000，原边额定有效值电流10mA，原边电流测量范围0~±14mA，线性度＜0.2%，精度±0.6%。测量电阻使用39K/3W的电阻。电流采集选择LA55-P，原边电流测量范围0~±70A，匝数比为1:1000，线性度＜0.15%，精度±0.5%。在程序设计时，将所述DSP控制单元测量的AD值等比例转换就可以得到实际的电压电流值，从而实现实时测量输出功率，达到过压、过流保护的目的。本技术的优势在于，随着电力电子行业的发展，高频，高效，大功率的产品成为了主流，并且现在大部分功率单元中逆变整流单元是其核心部分，其主要拓扑结构为H全桥，该功率单元的电压等级，开关频率和效率成为其重要的技术指标。SiC大功率高频全桥驱动逆变器在很大程度满足该行业对大功率，超高频，高效率，体积小的需求，相对于传统的低压，低频的产品在其性能方面拥有巨大优势。附图说明下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1为本技术装置结构图；图2为高频驱动单元原理图；图3为SiC管1，3导通原理图；图4为SiC管2，4导通原理图；图5为电流检测单元原理图；图6为电压检测单元原理图。具体实施方式【实施例1】在图1中，本技术装置包括大功率整流、逆变单元，逻辑门保护单元与高频SIC驱动单元，电压、电流检测单元，DSP控制单元，MCGS人机交互界面。DSP控制单元与MCGS组态屏，逻辑门保护单元与高频SiC驱动单元，电压、电流检测单元通过数据线连接并且实时通信。高频SIC驱动单元的控制信号与大功率SiC整流单元连接。大功率SiC整流单元分别与高频SiC驱动单元的驱动信号，负载，电压、电流检测单元的检测信号相连接。电压、电流检测单元分别与大功率SiC逆变单元的检测信号，DSP控制单元的AD端口连接。【实施例2】在图2中，为本技术的逻辑门保护单元与SiC高频驱动单元，24V直流电经隔离电源作用进行强电隔离之后输出给光耦、驱动芯片供电。DSP芯片产生两对带死区和互补功能的PWM信号，通过光耦隔离输出到驱动芯片，驱动芯片将PWM波的幅值放大到SiC所需的驱动电压，实现SiC全桥的逻辑控制。【实施例3】在图3、图4中，全桥逆变单元由直流电压源Uin、电容Ci、四个开关管及并联LC谐振网络组成，DSP控制单元的pwm死区时间通过SiC开关管的双脉冲测试来确定，通过逻辑门保护单元与SiC高频驱动单元为SiC开关管S1、S2、S3、S4提供导通和关断信号，其中，S1，S4驱动信号相同，S2，S3驱动信号相同，他们之间信号互补并带有死区。单元正常工作时需要两组相位相反的驱动脉冲分别控制两组开关管，当开关管S1，S4导通时S2，S3截止；当开关管S1，S4截止时S2，S3导通；两组之间相位相差180度，加入死区时间来保证两组开关管有足够的导通、截止时间，来防止环流对功率器件的损耗。【实施例4】在图5、图6中，电压、电流检测芯片采集全桥逆变器的输出电压、电流并且对信号隔离，信号经过运算放大器增益后输入DSP控制单元，该单元中的A/D转换器将识别到的电信号转化成数字信号，经过DSP运算处理，得到逆变器实时输出功率，并当在电压、电流过大DSP发出控制命令个上位机，并且停止PWM信号终止逆变器输出，并发出报警提示，来实现对功率单元的保护。上述实施例为本技术较佳的实施方式,但本技术的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代,均应为等效的置换方式,都包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SiC的大功率高频全桥逆变装置，其特征在于所述装置包括DSP控制单元，逻辑门保护单元，高频SiC驱动单元，SiC逆变单元，电压、电流检测单元，交流电源，大功率整流单元，MCGS组态屏以及负载；DSP控制单元与逻辑门保护单元、电压电流检测单元和MCGS组态屏相连；逻辑门保护单元与高频驱动单元相连；高频驱动单元与SiC逆变单元相连；SiC逆变单元与整流单元、电压电流检测单元和负载相连；整流单元与交流电源相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SiC的大功率高频全桥逆变装置，其特征在于所述装置包括DSP控制单元，逻辑门保护单元，高频SiC驱动单元，SiC逆变单元，电压、电流检测单元，交流电源，大功率整流单元，MCGS组态屏以及负载；DSP控制单元与逻辑门保护单元、电压电流检测单元和MCGS组态屏相连；逻辑门保护单元与高频驱动单元相连；高频驱动单元与SiC逆变单元相连；SiC逆变单元与整流单元、电压电流检测单元和负载相连；整流单元与交流电源相连。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：通过连接电压、电流检测单元，实时监控全桥逆变单元中的电压、电流，实时计算输出功率，并且通过电压、电流负反馈实时调节输出带移相互补、死区功能的PWM信号再配合逻辑保护单元来实现对功率单元的过压、过流进行控制与报警，来实现对功率单元的保护。
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【专利技术属性】
技术研发人员：石坤宏，程志江，陈星志，王裕，杨涵棣，孟德炀，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：新型
国别省市：新疆;65