基于碳化硅肖特基二极管的逆变器的研究

论文摘要

随着电力电子技术的快速发展，逆变器已被广泛地应用在工业、民用等各个领域。如何进一步地提高逆变器性能成为了逆变技术研究领域的重点。大部分的研究通过电路结构或控制技术的优化来提高逆变器性能。但是从逆变技术的发展历史看，每一次逆变技术阶跃式的发展都离不开新型功率器件的出现，因此，选用新型器件成为提高逆变器性能的有效途径。碳化硅（SiC）作为一种新型的材料，具有禁带宽度宽、耐高温和临界击穿场强高等优点。用碳化硅制作的肖特基二极管，不但耐压值高、能够在高温下工作，更重要的是相比传统的硅p-i-n二极管其反向恢复现象可忽略不计。用碳化硅肖特基二极管作为逆变器的续流二极管，不但可以减小二极管自身损耗，而且可以有效地减小开关器件的开关损耗，从而提高逆变器的性能。首先，详细地讲述了开关器件和续流二极管的工作原理，分析了其在逆变器工作中的损耗，并介绍了新型器件碳化硅功率MOSFET和碳化硅肖特基二极管。其次，分别应用碳化硅肖特基二极管与传统的硅p-i-n超快恢复二极管作为续流二极管，在相同条件下进行了SPWM全桥逆变器的PSpice仿真并对比了仿真结果，结果表明使用碳化硅肖特基二极管能显著地减小逆变器的损耗。最后，设计了一款基于碳化硅肖特基二极管的逆变器，并对该电路进行了测试：在输出功率为100W的负载条件下，对比了使用SiC肖特基二极管和Si二极管的电路性能。结果表明，使用SiC肖特基二极管作续流二极管，能够提高逆变器的逆变效率，并且二极管工作温度更低，有更好的温度特性。结果验证了设计的正确性以及碳化硅功率器件的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 电力电子技术的发展概述
• 1.1.2 研究背景
• 1.2 碳化硅（SiC）材料及碳化硅器件的发展
• 1.2.1 碳化硅（SiC）材料的应用前景
• 1.2.2 碳化硅（SiC）功率器件的发展和应用
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 逆变系统的分析研究
• 2.1 概述
• 2.1.1 逆变技术的简介
• 2.1.2 逆变器的性能参数
• 2.2 单相逆变主电路的结构
• 2.2.1 推挽式逆变电路（电压型）
• 2.2.2 半桥式逆变电路（电压型）
• 2.2.3 全桥式逆变电路（电压型）
• 2.3 逆变系统的结构方案
• 2.3.1 工频逆变
• 2.3.2 高频逆变
• 2.4 脉宽调制技术
• 2.4.1 脉宽调制（PWM）基本原理
• 2.4.2 正弦脉宽调制（SPWM）基本原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 逆变器功率器件的分析和研究
• 3.1 开关器件
• 3.1.1 开关器件简介
• 3.1.2 开关器件的工作特性
• 3.1.3 开关器件的损耗分析
• 3.1.4 碳化硅功率 MOSFET
• 3.2 续流二极管
• 3.2.1 续流二极管工作原理
• 3.2.2 续流二极管的损耗分析
• 3.2.3 碳化硅（SiC）肖特基二极管的性能优势
• 3.3 本章小结
• 第四章 逆变电路的仿真分析
• 4.1 PSpice 简介
• 4.2 仿真分析
• 4.2.1 仿真电路图
• 4.2.2 仿真结果
• 4.2.3 仿真分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 逆变系统的设计与测试
• 5.1 逆变系统的设计与制作
• 5.1.1 逆变系统的设计目标
• 5.1.2 功率主电路的设计
• 5.1.3 控制电路的设计
• 5.1.4 电路板的制作
• 5.2 逆变系统的测试
• 5.2.1 前级电路的测试
• 5.2.2 后级电路的测试
• 5.2.3 前后级联机测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果