三相雙向逆變式變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于寬禁帶SiC(碳化硅)功率開(kāi)關(guān)器件的三相雙向逆變式變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新能源的應(yīng)用，儲(chǔ)能電池的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛。對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一方面外部交流電網(wǎng)需要通過(guò)變換器對(duì)儲(chǔ)能電池適時(shí)地進(jìn)行充電，另一方面，在需要的時(shí)候儲(chǔ)能系統(tǒng)也可以對(duì)外部交流電網(wǎng)或者其他負(fù)載通過(guò)變換器釋放交流電能。這里的變換器為雙向逆變式變換器，具體可如圖1所示。
[0003]雙向逆變式變換器可以從直流變換成交流電源，同時(shí)也可以通過(guò)交流電源對(duì)直流儲(chǔ)能系統(tǒng)充電。雙向逆變式變換器的一種典型應(yīng)用就是電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)，它能實(shí)現(xiàn)車輛(Vehicle)對(duì)車輛(Vehicle)，車輛(Vehicle)對(duì)電網(wǎng)(Electric Power)之間的電力能量的互動(dòng)傳遞。這種雙向逆變式變換器可以極大地利用電能效率，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與電網(wǎng)在能源成面的互聯(lián)互通。雙向逆變式變換器的另外一種應(yīng)用是儲(chǔ)能式光伏逆變系統(tǒng)，在晚上用電低谷電價(jià)低時(shí)，電網(wǎng)可以通過(guò)雙向逆變式變換器對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)充電；在白天用電高峰時(shí)，光伏對(duì)電網(wǎng)供電，在供電不足條件下，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過(guò)雙向逆變式變換器平衡電網(wǎng)，削峰填谷，有效地最大化利用能源。
[0004]在目前的逆變器電路中，采用硅(Si)基絕緣柵雙極型晶體管(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT)的三電平逆變器拓?fù)涫且环N最常見(jiàn)的電路，例如如圖2所示的中點(diǎn)嵌位型(Neutral Point Clamp, NPC)三電平電路，或者如圖3所示的T字型三電平電路。這些三電平逆變器主要存在以下缺點(diǎn):
[0005](I)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于采用三電平技術(shù)，電路設(shè)計(jì)(包括控制和驅(qū)動(dòng)部分)較為復(fù)雜，特別是對(duì)于雙向逆變式變換器來(lái)說(shuō)，三電平控制策略將更加復(fù)雜；
[0006](2)采用硅基IGBT，開(kāi)關(guān)頻率受到損耗的限制，一般頻率在20千赫茲以內(nèi)，輸出濾波電感由于低頻化的限制，尺寸較大，限制了功率密度的進(jìn)一步提升；
[0007](3)由于硅基IGBT損耗較大，特別是開(kāi)關(guān)損耗較大，效率受到限制，目前典型的20千瓦逆變器最高效率局限在98.6%以下。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)的發(fā)明人經(jīng)過(guò)不斷試驗(yàn)和研宄得出:
[0009]碳化硅(SiC)是第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，它具有寬帶隙、高飽和漂移速度、高熱導(dǎo)率、高臨界擊穿電場(chǎng)等突出優(yōu)勢(shì)，特別適合制作大功率功率器件，而利用碳化硅(SiC)材料實(shí)現(xiàn)的功率半導(dǎo)體器件目前正帶領(lǐng)電力電子應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)一場(chǎng)“綠色新能源革命”。并且，SiC肖特基勢(shì)皇二極管(SBD，Schottky Barrier D1de)已發(fā)展近十五年，已經(jīng)廣泛用在高效電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。
[0010]目前基于碳化娃(SiC)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor,MOSFET)發(fā)展迅速，正逐步應(yīng)用于新能源大功率變換應(yīng)用領(lǐng)域。尤其是1200伏特碳化硅(SiC)MOSFET與傳統(tǒng)的硅基IGBT相比具有極低開(kāi)關(guān)和導(dǎo)通損耗、高可靠性、高耐壓、高雪崩擊穿能力等特點(diǎn)，為電力電子變換器系統(tǒng)的小型化、簡(jiǎn)潔化、輕型化、高效化帶來(lái)可能。
[0011]為此，本實(shí)用新型的目的在于提出一種基于寬禁帶SiC(碳化硅)功率開(kāi)關(guān)器件的三相雙向逆變式變換器，可實(shí)現(xiàn)高開(kāi)關(guān)頻率工作，從而可減小儲(chǔ)能系統(tǒng)的體積和大小，提高功率密度，降低研發(fā)、生產(chǎn)和運(yùn)輸成本。
[0012]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提出的一種三相雙向逆變式變換器，包括:第一碳化硅MOSFET和第二碳化硅M0SFET，所述第一碳化硅MOSFET的漏極與直流電源的正極端相連，所述第一碳化硅MOSFET的源極與所述第二碳化硅MOSFET的漏極相連，所述第二碳化硅MOSFET的源極與所述直流電源的負(fù)極端相連，所述第一碳化硅MOSFET的源極與所述第二碳化硅MOSFET的漏極之間具有第一節(jié)點(diǎn)；第三碳化硅MOSFET和第四碳化硅M0SFET，所述第三碳化硅MOSFET的漏極與所述直流電源的正極端相連，所述第三碳化硅MOSFET的源極與所述第四碳化硅MOSFET的漏極相連，所述第四碳化硅MOSFET的源極與所述直流電源的負(fù)極端相連，所述第三碳化硅MOSFET的源極與所述第四碳化硅MOSFET的漏極之間具有第二節(jié)點(diǎn)；第五碳化硅MOSFET和第六碳化硅M0SFET，所述第五碳化硅MOSFET的漏極與所述直流電源的正極端相連，所述第五碳化硅MOSFET的源極與所述第六碳化硅MOSFET的漏極相連，所述第六碳化硅MOSFET的源極與所述直流電源的負(fù)極端相連，所述第五碳化硅MOSFET的源極與所述第六碳化硅MOSFET的漏極之間具有第三節(jié)點(diǎn)；第一濾波電路，所述第一濾波電路的一端分別與所述第一節(jié)點(diǎn)、所述第二節(jié)點(diǎn)和所述第三節(jié)點(diǎn)相連，所述第一濾波電路的另一端與交流電源相連；驅(qū)動(dòng)控制電路，所述驅(qū)動(dòng)控制電路分別輸出六組驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)給第一至第六碳化硅MOSFET以控制所述第一至第六碳化硅MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷，以使所述三相雙向逆變式變換器將所述直流電源輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，或者將所述交流電源輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型的三相雙向逆變式變換器，功率開(kāi)關(guān)器件采用碳化硅M0SFET，可以提尚功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)工作頻率，優(yōu)化第一濾波電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)更尚效率和更尚功率密度的工作。并且由于是兩電平技術(shù)，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，還可以減小儲(chǔ)能系統(tǒng)的體積和大小，降低研發(fā)、生產(chǎn)和運(yùn)輸成本。
[0014]其中，所述第一至第六碳化硅MOSFET的開(kāi)關(guān)工作頻率大于40千赫茲。
[0015]具體地，所述第一濾波電路包括第一濾波電感、第二濾波電感和第三濾波電感，所述第一濾波電感的一端與所述第一節(jié)點(diǎn)相連，所述第一濾波電感的另一端與所述交流電源的A相相連，所述第二濾波電感的一端與所述第二節(jié)點(diǎn)相連，所述第二濾波電感的另一端與所述交流電源的B相相連，所述第三濾波電感的一端與所述第三節(jié)點(diǎn)相連，所述第三濾波電感的另一端與所述交流電源的C相相連。
[0016]其中，所述第一濾波電感、第二濾波電感和第三濾波電感均采用扁平銅線繞制在環(huán)形鐵芯中的設(shè)計(jì)方式。
[0017]具體地，在所述三相雙向逆變式變換器滿載工作的條件下，所述第一至第六碳化硅MOSFET的結(jié)溫度小于80攝氏度。
[0018]本實(shí)用新型附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0019]本實(shí)用新型上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0020]圖1為雙向逆變式變換器的方框示意圖；
[0021]圖2為中點(diǎn)嵌位型三電平電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為T(mén)字型三電平電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的基于碳化硅MOSFET兩電平雙向逆變式變換器的電路拓?fù)涫疽鈭D；
[0024]圖5為根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的具有基于碳化硅MOSFET兩電平雙向逆變式變換器的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6為根據(jù)本實(shí)用新