高效SiC器件不间断电源整流模块的研究与设计

总结

三相半桥电压源型 PWM 整流模块结构简单、能量可以双向流动、交流侧电压电流同相位、控制简单、易于数字化实现，因此特别适合用于小功率整流模块。本文在前人研究的基础上，侧重于整流模块实验平台的搭建和功能的实现，并且验证本文提出的低超调启动算法以及交流侧电感选择方法的正确性和有效性。

在此基础上，对 Si C MOSFET整流模块进行了初步的实验研究。本文完成的工作有以下几点： 查阅了相关文献，研究了整流模块的研究现状，包括开关器件研究现状、整流模块拓扑的研究现状以及整流模块控制策略的研究现状。在开关器件研究章节中，对比了电力二极管、晶闸管、电力 MOSFET、IGBT 以及 Si C MOSFET 的优缺点。在整流模块拓扑研究中，对比了常见的电压源型整流模块拓扑三相半桥拓扑、中点钳位三电平拓扑以及 VIENNA 整流拓扑的优缺点，并选择了三相半桥拓扑作为本文采用的拓扑。

在整流模块控制策略中，简述了滞环电流控制策略以及电压外环电流内环双 PI 矢量控制策略的工作原理，并指出了目前存在的一些新型控制策略。 建立了整流模块的开关函数模型。首先在三相静止坐标系下建立了整流模块的开关函数模型，然后介绍了 Clark 变换和 Park 变换，并且利用 Clark 变换和 Park 变换将三相静止坐标系下的开关函数模型转换到两相静止直角坐标系和两相旋转直角坐标系下，为下文控制器的设计打下了理论基础。 设计了整流模块的硬件系统。

整流模块的硬件系统主要包括开关管的选取、交流侧电感的选取以及直流侧电容的选取。本文详细推导了采用空间矢量脉冲宽度调制SVPWM 的三相半桥型电压源型整流模块的总谐波电流畸变率与基波电流达到峰值处的电流波形以及基波电流为零时的电流波形的关系，推导出了电感选取的上下限，并结合仿真工具，确定了电感的取值，对于工程实践具有一定的参考意义。同时，本文详细阐述了交流电压、交流电流、直流电压的采样电路设计以及 IGBT 驱动电路设计和 Si C MOSFET 驱动电路设计。

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