基于制造技术

本发明专利技术提供了基于

【技术实现步骤摘要】
基于SiC器件的三相六开关PWM整流器、主电路及控制方法


[0001]本专利技术涉及整流器
，特别是涉及基于
SiC
器件的三相六开关
PWM
整流器
、
主电路及控制方法
。

技术介绍

[0002]宽禁带半导体材料及器件的发展是宽禁带功率电子器件应用的基础
。
宽禁带功率电子器件的建模及其特性分析是发展新的应用概念
、
提出有效的器件应用技术的必要手段，对器件的大范围应用具有十分重要的推动作用
。
[0003]目前，三相六开关
PWM
整流器是电力电子领域中广泛研究和应用的一种技术，主要用于交流电源到直流负载的能量转换，具有高效率
、
高功率因数和精确的电压控制等优点
。
三相六开关
PWM
整流器通过控制六个功率开关器件的开关状态和占空比，将输入的三相交流电转换为直流电源，可以灵活地调节输出电压和电流，适用于各种功率要求和负载类型
。
目前有多种不同的整流器拓扑，如双向开关型整流器
、
三电平整流器和多电平整流器等，以满足不同应用场景的需求
。
此外，针对整流器的控制策略，研究人员提出了许多改进算法和调制技术，以提高整流器的性能和效率
。
其中包括基于传统的
PWM
调制技术的改进，如空间矢量调制和多重载波调制，以及基于预测控制
、
模型预测控制和神经网络控制等先进的控制策略
。
[0004]为了提高整流器的可靠性和降低成本，使用宽禁带材料来提供更高的开关频率和更低的开关损耗是常规选择，其中
SiC
器件具有较低的阻抗
、
较高的运行频率和较高的工作温度
。
目前的三相六开关
PWM
整流器主要存在有以下问题：（1）功率因数问题：功率因数是衡量电路有功功率与视在功率之比的指标，现有三相六开关
PWM
整流器在工作时可能出现较低的功率因数，低功率因数意味着电路中存在较多的无功功率流动，造成能源的浪费，可能导致电网负载不稳定，甚至引起电网的电压波动和谐波污染；（2）能源转换效率：传统的三相六开关
PWM
整流器采用传统的整流拓扑结构，其中的开关器件存在较高的开关损耗，导致能量的转化效率降低，使得整流器的工作效率较低，且开关损耗会产生大量的热量，需要额外的散热设计和能量消耗，增加系统的成本和复杂性；（3）体积和成本：传统的三相六开关
PWM
整流器通常需要使用大量的电容
、
电感和二极管等元件来实现功能，从而增加了整流器的体积和成本，这些辅助元件的引入增加了系统的复杂性，并且需要占用更多的空间，限制了整流器在一些应用中的可行性和灵活性
。
[0005]因此，我们需要开发出基于
SiC
器件的三相六开关
PWM
整流器
、
主电路及控制方法，减少辅助电路的使用，提高整流器的功率因数，减小开关器件的能量损耗，可以减少电子元件的数量，减小体积以及降低成本
。

技术实现思路

[0006]在本专利技术的目的在于提供基于
SiC
器件的三相六开关
PWM
整流器
、
主电路及控制方法，以解决上述
技术介绍
中提到的现有三相六开关
PWM
整流器功率因数低
、
能源转换效率低以及体积较大和成本较高等问题
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于
SiC
器件的三相六开关
PWM
整流器，包括：通过单相图腾柱式无桥
PFC
结构有源功率因数来校正前级，并用碳化硅器件作为高频开关；采用全桥
LLC
谐振变换器的两级变换电路，且原边和副边都采用全桥结构，开关管是基于宽禁带材料的器件
。
[0008]基于前述方案，在每一个所述高频开关外都并联一个碳化硅二极管
。
[0009]基于前述方案，所述单相图腾柱式无桥
PFC
结构使用硅类材料作为低频通道
。
[0010]基于前述方案，所述全桥
LLC
谐振变换器的变压器采用包铜箔固封，利用铜箔和固封材料产生电容来实现谐振电容
、
谐振电感和功率变压器的集成
。
[0011]基于前述方案，所述碳化硅器件具体为
SiC MOSFET
开关管；所述低频通道具体为
Si MOSFET
开关管；所述原边的开关管采用
SiC MOSFET
开关管，副边开关管采用
GaN FET
开关管
。
[0012]另外，本专利技术还提供一种基于
SiC
器件的三相六开关
PWM
整流器的主电路，包括无桥
PFC
部分
、LCC
谐振变换器部分
、
母线电容
、
电池
。
[0013]基于前述方案，所述无桥
PFC
部分具体为图腾柱式无桥
PFC
电路，包括三个单相图腾柱式无桥，所述单相图腾柱式无桥与三相电源相连，每个所述单相图腾柱式无桥由两个二极管和四个
SiC MOSFET
开关管
Q1~Q4
构成
。
[0014]基于前述方案，所述四个
SiC MOSFET
开关管
Q1~Q4
具体为，
Q1、Q2
组成左桥臂，
Q3、Q4
组成右桥臂，且所述
Q1、Q2
分别并联了一个碳化硅二极管
。
[0015]基于前述方案，所述
LCC
谐振变换器部分，原边和副边都采用全桥结构，且所述原边和副边的开关管选用基于宽禁带材料的器件
。
[0016]基于前述方案，所述原边包括四个
SiC MOSFET
开关管
Q5~Q8
，所述副边包括四个
GaN FET
开关管
Q9~Q12。
[0017]另外，本专利技术还提供一种基于
SiC
器件的三相六开关
PWM
整流器的控制方法，包括：通过单相图腾柱式无桥有源功率因数来校正前级，在正半周，开关管
Q2
是高频开关，
Q4
处于同步整流状态，而
Q1
和
Q3
关断；在负半周，开关管
Q1
是高频开关，
Q3
处于同步整流状态，而
Q2
和
Q4
关断；当所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
SiC
器件的三相六开关
PWM
整流器，其特征在于，包括：通过单相图腾柱式无桥
PFC
结构有源功率因数来校正前级，并用碳化硅器件作为高频开关；所述单相图腾柱式无桥
PFC
结构使用硅类材料作为低频通道，在每一个所述高频开关外都并联一个碳化硅二极管；采用全桥
LLC
谐振变换器的两级变换电路，且原边和副边都采用全桥结构即都有四个开关管，所述开关管是基于宽禁带材料的器件；所述全桥
LLC
谐振变换器的变压器采用包铜箔固封，利用铜箔和固封材料产生电容来实现谐振电容
、
谐振电感和功率变压器的集成
。2.
根据权利要求1所述的一种基于
SiC
器件的三相六开关
PWM
整流器，其特征在于，所述碳化硅器件具体为
SiC MOSFET
开关管，所述低频通道具体为
Si MOSFET
开关管
。3.
根据权利要求1所述的一种基于
SiC
器件的三相六开关
PWM
整流器，其特征在于，所述原边的开关管采用
SiC MOSFET
开关管，副边开关管采用
GaN FET
开关管
。4.
一种基于
SiC
器件的三相六开关
PWM
整流器的主电路，其特征在于，包括无桥
PFC
部分
、LCC
谐振变换器部分
、
母线电容
、
电池
。5.
根据权利要求4所述的一种基于
SiC
器件的三相六开关
PWM
整流器的主电路，其特征在于，所述无桥
PFC
部分具体为图腾柱式无桥
PFC
电路，包括三个单相图腾柱式无桥，所述单相图腾柱式无桥与三相电源相连，每个所述单相图腾柱式无桥由两个二极管和四个
SiC MOSFET
开关管
Q1~Q4
构成
。6.
根据权利要求5所述的一种基于
SiC
器件的三相六开关
PWM
整流器的主电路，其特征在于，所述四个
SiC MOSFET
开关管
Q1~Q4
具体为，开关管
Q1
和
Q2
组成左桥臂，开关管
Q3
和
Q4
组成右桥臂，且所述开关管
Q1
和
Q2
分别并联了一个碳化硅二极管
。7.
根...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴永钊，
申请(专利权)人：深圳市凌康技术有限公司，
类型：发明
国别省市：