感应电能传输系统多并联拾取模块电流和输出功率均衡方法

大功率感应电能传输系统通常采用多并联拾取模块结构。然而,多并联拾取模块参数不一致,会导致各个拾取模块的电流和输出功率不均衡,从而降低系统效率,严重时会因模块过流而造成系统故障。为解决该问题,文中提出一种基于并联拾取模块补偿电容器的多并联拾取模块电流和输出功率均衡方法。首先,介绍了传统感应电能传输系统与所提出的感应电能传输系统拓扑的特性。然后,分别分析了互感、拾取线圈自感及内阻对电流分布和系统效率的影响。最后,通过4个并联拾取模块的感应电能传输系统实验平台验证了所提方法的有效性。实验结果表明,采用所提方法时多并联拾取模块的电流和输出功率基本一致,并且相比传统感应电能传输系统,系统效率最高提升了2.21%。

基于三级式可扩展多模块并联架构的低压大电流高距径比无线电能传输系统

在低压大电流高距径比磁谐振式无线供电场合,由于传输线圈间的耦合系数很小,因此功率器件和谐振元件的电流很大,导致系统损耗大,难以优化设计。为此,文中提出一种三级式可扩展多模块并联无线电能传输系统架构,利用基波分析法对双模块并联系统建模并分析其传输特性。为提升系统效率,对比3种输出级结构及其控制策略并遴选出一种最优拓扑。进一步地,提出线圈级具体参数设计方法以减小电压电流应力并实现输入级软开关。最后搭建一台距径比为1(30 cm/30 cm)的1 kW原理样机验证理论分析,对比3种不同输出级拓扑的性能。实验结果表明,系统最高效率可达75.2%。

碳化硅MOSFET并联电流分配不均衡影响因素与抑制方法综述

碳化硅MOSFET凭借其高压、高温和高频等优异性能逐渐在工业中得到应用,然而碳化硅MOSFET并联电流分配不均衡问题限制了其性能发挥,并增加失效风险。为了充分发挥碳化硅MOSFET的性能优势,本文首先从芯片参数、功率回路参数和驱动回路参数3个方面阐述并联电流分配不均衡影响因素,然后综述了近年来国内外抑制并联不均衡电流的研究成果,对电流不均衡抑制方法从电流均衡种类、扩展难度、集成难度和经济成本四个维度进行了综合比较分析。最后,根据现有研究不足与面临挑战,本文对碳化硅MOSFET并联电流分配不均衡抑制方法进行展望。

交错并联Boost型开关电源模块设计

交错并联Boost变换器结合电流模控制方式不仅能够实现相位间电流均流,而且还可以减少器件的电流应力。介绍了Boost在交错并联结构下的工作原理,采用了自适应导通时间的谷值电流模式控制策略,并采用II型补偿加快了系统的响应时间。基于Simplis搭建模型并仿真,通过软件仿真证明了该控制方式是可行的;设计并做出了一款微型电源模块,内部包含两路Boost电路,每路可单独运行亦或两路工作在交错并联模态。该电源模块因其控制策略和开关管集成在硅芯片上,所以模块小、质量轻,输出端电压波动范围小,峰值转换效率可达90%。

SiC MOSFET多管并联均流方案及IVCR1412驱动芯片应用

在大功率变换系统中,多管并联能提升电流承载能力,增加输出功率,常用于电机驱动、电动汽车、电力传输等场景。但多管并联均流是一大挑战,这影响了系统中器件的温度分布,进而影响系统可靠性,最终成为限制系统功率和效率的瓶颈。为了实现多管并联均流,瞻芯电子基于SiC MOSFET和SiC专用·比邻驱动TMIVCR1412芯片开展了均流研究,在不同均流驱动方案和不同条件下,测试影响均流的因子,以提供均流方案建议。

高频模块化UPS并联控制技术研究

针对现有方法控制不间断电源(Uninterrupted Power Supply,UPS)时电源运行稳定性差的问题,开展高频模块化UPS并联控制技术研究。首先建立高频模块化UPS并联运行等效电路,其次设计UPS滑模变结构控制策略,最后将比例-积分-微分(Proportional Integral Derivative,PID)控制与UPS滑模变结构控制相融合,提出一种控制技术。实例应用证明,所提技术可以显著提升电源运行动态性和稳定性,具有较大的应用价值。

基于虚拟阻抗的模块化直流电源并联均流控制研究

直流电源各模块之间的参数存在差异,导致模块化直流电源并联运行时存在环流问题。为解决该问题,研究了基于虚拟阻抗的模块化直流电源并联均流控制。文章在模块化直流电源并联运行过程中检测模块间环流,设计一种纯阻性的虚拟阻抗,并加入直流电源并联系统控制结构。通过调整虚拟阻抗来抑制并联电源模块间环流,实现模块化直流电源并联均流控制。实验结果表明,设计方法下各并联直流电源模块之间负载电流的最大偏差仅0.58 A,可以实现良好的均流控制。

模块化AC/DC电源并联及其控制策略研究

为了减少电动汽车充电桩对电网的污染、提高系统效率及可靠性,提出了一种模块化AC/DC电源并联系统架构。该架构由前级三相VIENNA整流器和后级LLC谐振变换器构成。提出了一种基于虚拟阻抗的并联均流控制策略。研究了系统的工作原理与控制策略,带均压环和注入三次谐波单周期控制下的VIENNA整流器实现了高输入功率因数,变频控制下的LLC谐振变换器实现了软开关特性,基于虚拟阻抗并联均流控制策略下的并联系统具有良好的均流特性。构建了两台5 kW试验样机,结果验证了所提方案的可行性和正确性。

基于谐振网络优化的双向LLC-DCX多模块并联系统均流优化研究

近年来,双向LLC-DCX在电源系统中得到了越来越广泛的应用。为应对系统功率等级的提升,多模块并联成为实现系统扩容的重要方法。然而,均流性能是LLC谐振变换器并联系统的设计难点,各模块微小的谐振参数差异即可引起较大的电流不均衡。该文根据双向LLC谐振变换器的增益特性,定量分析双向LLC-DCX的并联特性,提出一种通过优化谐振网络参数提升并联均流性能的方法。最后,搭建一套三模块双向LLC-DCX并联系统样机,实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。

电压自平衡碳化硅MOSFET间接串联功率模块

目前,常见商用宽禁带碳化硅金属-氧化物场效应晶体管(SiC MOSFETs)的阻断电压不超过1.7kV,为提高其等效耐压等级,提出一种二极管-电容混合钳位的间接串联拓扑和准两电平开环调制方法,可实现拓扑中串联器件的电压自动均衡。基于此,该文利用SiC MOSFET裸芯片封装制作了一个3.6kV/20A的间接串联功率模块,并设计出与之配套的驱动保护电路,整体等效为通用中压、两电平功率模块,具有体积小、集成度高的优点。最后通过实验验证了该模块的通用性,以及其在开关损耗和经济性等方面的优势。

基于SiC MOSFET的多芯片并联功率模块不均流研究

针对多芯片功率模块MCPMs(multi-chip power modules)从功率模块布局设计角度对碳化硅SiC(sili-con carbide)MOSFET的并联不均流进行了研究。理论分析了造成SiC MOSFET并联不均流的原因,在忽略器件自身差异的情况下,重点分析了非对称布局对功率管并联不均流的影响。在此基础之上,以集成化大功率固态功率控制器SSPC(solid-state power controller)为背景,提出了3种适用于大功率SSPC集成功率模块的非对称布局,分别对3种布局的不均流电流进行了理论分析,并利用Ansoft Q3D提取寄生参数在Saber中对模块的动态开关过程进行仿真。仿真结果表明,通过合理的布局可以减小非对称布局引起的寄生电感不对称对SiCMOSFET并联不均流造成的影响。

基于动态栅极电阻的SiC MOSFET主动并联均流方法

随着当今时代电力电子技术的发展,SiC MOSFET在高频、高温、高压以及大电流等场合中得到广泛应用,然而,由多管并联所导致的不均流问题成为了当下SiC MOSFET模块广泛应用中的一大阻碍。针对这一问题,文中提出一种基于动态栅电阻的SiC MOSFET模块并联均流方法,其主要原理是通过利用SiC MOSFET开关瞬间漏极电流在源极寄生电感上感应出的电压来检测电流,并通过动态调节栅极驱动电阻来实现并联模块的电流同步。最后,通过利用多脉冲实验对文中所提出的均流策略的可行性及优势进行了实验验证。结果表明,动态栅极电压主动并联均流策略可以有效改善并联模块间电流均流问题。

SiC MOSFET模块化直流固态断路器的集成化封装

直流断路器是关断直流输配电网中短路电流的关键设备。与机械断路器相比,使用半导体器件关断短路电流的固态断路器(SSCB)和混合断路器在响应时间方面表现出很大的优势。多个半导体器件串联有助于直流SSCB承受直流母线的高压,但会导致高成本和大体积。提出了一种基于SiC MOSFET模块化主从驱动的直流SSCB,所有串联器件仅需一个驱动器,简化了栅极驱动电路。对模块进行单面散热封装,可以减小寄生电感并优化散热,使器件的性能得到更好的发挥。实验结果表明,该直流SSCB可以承受700X V的直流母线电压(X为模块数),可在20μs内关断70 A短路电流。模块化设计具有更高的灵活性和更低的成本。

5 kA IGBT并联MMC子模块设计与试验验证

随着清洁能源的大规模开发,未来清洁能源基地的容量将普遍达到千兆瓦级及以上,这对柔直换流器容量提出更高要求。国家电网公司联合各换流阀厂家正在开展大容量柔性直流换流阀的研制,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件电流等级达到5 kA,并且采用IGBT并联,基于5 kA IGBT并联的柔直换流阀研制在世界范围内尚处于空白。通过研究攻克了5 kA IGBT并联子模块驱动设计、杂散电感优化、结构设计等多项关键技术,设计了基于5 kA IGBT器件并联的模块化多电平换流器(MMC)子模块,并对子模块开展了双脉冲、连续运行和过负荷试验,验证了5 kA IGBT并联子模块运行可靠性。

模块化并联逆变器基于单总线的相位同步方法

为了消除共交直流母线结构的模块化并联逆变器高频零序环流,同时避免模块投入时的冲击电流,文中提出一种基于单同步总线的基波和载波相位同步方法。首先,分析晶振频率偏差对模块化并联逆变器高频零序环流的影响;然后,构建一个基于或非逻辑的同步信号发生器电路。同步信号发生器通过综合各模块的输入信号,产生一个公共的工频同步信号,并在同步信号的上升沿实现对基波和载波相位的逐周期调节。文中详细地进行基波和载波相位同步控制器参数设计,分析延时时间对载波相位同步控制的影响,并提出一种开环载波相位补偿方法。最后,通过实验验证所提方法的有效性。

面向输出性能优化的高低频混合型模块化多电平变换器及其调控策略

为破解中压模块化多电平变换器(MMC)输出性能提升与降本、增效难以有效兼顾的问题,该文提出一种基于高低频混合的新型MMC(NMMC)拓扑。NMMC每个桥臂包含1个由异质交叉连接模块(HCCM)构成的高频子模块和N-1个半桥变换器构成的低频子模块。HCCM的高频桥臂采用SiC MOSFET器件,而HCCM的换向桥臂及低频子模块均采用Si IGBT器件。针对NMMC拓扑,该文采用高低频混合调制策略,充分发挥了SiCMOSFET器件开关损耗低、Si IGBT器件通态损耗低的优势。此外,针对高频子模块提出一种特定的电容电压平衡策略,并详细分析高频子模块的工作状态。进一步地,仿真及实验验证了所提拓扑结构、调制策略、均压策略的可行性和有效性。最后,将所提拓扑与现有MMC拓扑在器件成本和运行损耗方面进行综合对比,证明所提拓扑可以更好地平衡装置的成本及效率指标。

SiC MOSFET功率模块的并联均流研究

采用多芯片并联的方法可提高SiC MOSFET功率模块的应用电流等级,但由于并联支路的杂散参数差异导致流过各并联芯片的电流不一致,这将影响功率模块的可靠性。建立了典型的三芯片并联半桥模块电路模型,分别改变功率回路和驱动回路的杂散参数并计算其不均衡度,使用双脉冲测试方法测试相应的开、关电流,计算其电流不均衡度。研究了模块内部各杂散参数对多芯片并联均流能力的影响,结果表明,功率模块的瞬态均流能力受源极电感影响较大,稳态均流能力受杂散电阻影响较大。提出了一种基于芯片源极互连降低并联均流不均衡度的方法,仿真结果表明该方法可有效降低源极参数对多芯片并联均流能力的影响。

多模块并联型高压直流电子负载功率控制电路设计

为满足新能源汽车电池测试需求,采用多模块并联的方法设计了高电压直流电子负载功率控制电路,主要包括恒压控制、恒流控制、恒阻控制、电压采集、电流采集、过压欠压保护、按键显示等电路。利用Multisim软件仿真确定电路参数并生成PCB板,对设计的控制电路进行测试。测试结果表明:直流电子负载控制电路实现了电压3~600 V可调、相对误差为0.23%,电流0~50 A可调、相对误差为0.28%。系统整体散热良好,可稳定运行。

多芯片并联功率模块低感低结温封装设计

相较于单个硅绝缘栅双极型晶体管(Si IGBT)芯片,碳化硅(SiC)芯片的载流量较小,因此对于同功率等级的功率模块,需要并联更多的芯片。然而,芯片数量的增多会增大模块失效的风险,因此需要一种低寄生电感低结温的封装设计,来提高多芯片并联SiC模块的可靠性。这里通过对多芯片布局以及垫片位置分布的研究,设计出一款低寄生电感,低结温的多芯片并联功率模块结构。最终基于实验和多物理场仿真软件COMSOL对该封装结构进行验证,实验及仿真结果表明所设计的多芯片并联SiC模块满足低感、低结温的设计目标。

输入串联输出并联型三电平双有源桥变换器功率与电压平衡控制策略

针对三电平半桥型输入串联输出并联(ISOP)型双有源桥(DAB)变换器的各模块参数差异而导致的模块功率不均衡传输问题,该文首先分析多模块功率不平衡原因,然后提出基于三重移相(TPS)调制的串联侧功率平衡策略。针对ISOP系统多模块间参数差异问题,提出多模块参数差异估计方法,该方法无需增加额外的电流或电压传感器,通过注入强制分量作为扰动而采集反映模块差异的特征量变化,对控制量进行补偿实现多模块功率平衡。仿真和实验结果表明,在多种扰动条件下,所提功率平衡方法可实现样机串联侧均压,在输出电压24V工况和10~435W功率范围下,系统在所提控制策略下能明显提高串联侧的电压平衡,工作效率达到90%以上。