技術(shù)領(lǐng)域:

本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，特別涉及鐵氧體磁珠在單相h橋逆變器中提高穩(wěn)定性與降低損耗的方法。

背景技術(shù)：
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目前，電力電子器件的主流是基于硅材料的mosfet、igbt和晶閘管等器件，經(jīng)過60多年的發(fā)展，硅基器件已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，其性能已經(jīng)逐步逼近由材料物理特性決定的理論極限。而sicmosfet因為在開關(guān)速度、耐壓值、導(dǎo)通電阻、抗輻射能力、耐高溫能力、降低系統(tǒng)損耗等方面的出色性能獲得廣泛關(guān)注，是我國發(fā)展新能源迫切解決的關(guān)鍵技術(shù)核心，以滿足節(jié)能減排和新能源并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展對電力電子器件的性能和可靠性的要求。sicmosfet作為一個高速器件，對寄生參數(shù)非常敏感，高電壓變化率和電流變化率容易造成串?dāng)_和系統(tǒng)的不穩(wěn)定，所以研究寄生參數(shù)對器件性能的影響是十分必要的。

系統(tǒng)寄生參數(shù)及控制板輸出信號的不可靠會使sicmosfet在開通過程中產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象?，F(xiàn)代技術(shù)方法主要依靠通過增加驅(qū)動電阻的方法使系統(tǒng)穩(wěn)定，然而這種方法實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定勢必會增加系統(tǒng)的開關(guān)損耗，因此解決這個問題顯得尤為重要——提高單相h橋逆變器的穩(wěn)定性與降低損耗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種鐵氧體磁珠在單相h橋電路中提高穩(wěn)定性與降低損耗的方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

1.一種sicmosfet單相h橋逆變器中加入鐵氧體磁珠提高穩(wěn)定性與降低損耗的方法，其特征在于，該提高穩(wěn)定性與降低損耗的方法包含有：

選取鐵氧體磁珠的最佳安放位置，使高頻系統(tǒng)的穩(wěn)定性和損耗最優(yōu)化；

確定提高高頻系統(tǒng)穩(wěn)定性和降低損耗的鐵氧體磁珠的最佳數(shù)目。

2.在一實施例中，更包含有確定一種sicmosfet單相h橋逆變器的鐵氧體磁珠的最佳安放位置的步驟。

3.一種鐵氧體磁珠提高穩(wěn)定性與降低損耗的方法，適用于一種sicmosfet單相h橋逆變器。該電路，其特征在于，包括：直流電壓源，直流側(cè)濾波電容，第一磁珠，第二磁珠，第三磁珠，第四磁珠，第一mosfet，第二mosfet，第三mosfet，第四mosfet，負(fù)載電感。

直流電壓源正極經(jīng)過第一鐵氧體磁珠上端、第一mosfet的漏極、第二鐵氧體磁珠上端、第二mosfet漏極，然后連接至直流電壓源負(fù)極。直流電壓源正極經(jīng)過第三鐵氧體磁珠上端、第三mosfet的漏極、第四鐵氧體磁珠上端、第四mosfet的漏極濾，然后連接至直流電壓源負(fù)極。負(fù)載電感的一端連接至第一mosfet的源極和第二鐵氧體磁珠的上端之間，另一端連接至第三mosfet的源極和第四鐵氧體磁珠的上端之間。驅(qū)動電路產(chǎn)生的信號分別連接第一mosfet、第二mosfet、第三mosfet和第四mosfet的柵極。

本發(fā)明的有益效果是：

在主回路中合適的位置加入一定大小的鐵氧體磁珠并使其與驅(qū)動電阻配合，可以在不減慢開通速度的情況下使系統(tǒng)穩(wěn)定不產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象，并且開關(guān)損耗大幅度減小，實現(xiàn)了系統(tǒng)穩(wěn)定性與開關(guān)速度的權(quán)衡。

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明sicmosfet單相h橋逆變器的spwm控制信號波形；

圖2是本發(fā)明提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和降低損耗的方法適用于高頻電路的器件開關(guān)過程的電流流向；

圖3是本發(fā)明鐵氧體磁珠的阻抗特性；

圖4是本發(fā)明鐵氧體磁珠在實施例中安放的位置；

圖5是本發(fā)明鐵氧體磁珠在實施例中串入磁珠前后的驅(qū)動信號波形對比。

圖6是本發(fā)明鐵氧體磁珠在sicmosfet單相h橋逆變器系統(tǒng)中的具體安放位置。

其中附圖標(biāo)記

ud主電路直流電源電壓，c1直流側(cè)電容；

ldc母線電感，l電感負(fù)載；

m1、m2、m3、m4sicmosfet。

具體實施方法：

以下結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式。相同的符號代表具有相同或類似功能的構(gòu)件或裝置。

請參閱圖1，是本發(fā)明sicmosfet單相h橋逆變器的spwm控制信號波形。將頻率為fc的三角載波信號uc直接與基頻正弦波調(diào)制信號us進(jìn)行比較，就可以生成四路控制信號，生成的控制信號經(jīng)驅(qū)動電路放大之后，分別加在單相h橋逆變器的四個開關(guān)器件的柵極，從而就可以控制主電路開關(guān)器件的開通和關(guān)斷。其中信號ugs1和信號ugs2互補，用以驅(qū)動同一半橋的開關(guān)管：第一mosfet和第二mosfet；同時信號ugs3和ugs4也互補，用以驅(qū)動另一半橋的兩個開關(guān)管：第三mosfet和第四mosfet；并且信號ugs1和ugs4、ugs2和ugs3也兩兩相同。當(dāng)調(diào)制波大于三角載波時，輸出驅(qū)動信號為正脈沖，即高電平；當(dāng)調(diào)制波小于三角載波時，輸出驅(qū)動信號為負(fù)脈沖，即低電平，此時得到單相全橋逆變器的輸出電壓波形如圖1所示，圖中uo為全橋輸出電壓(不經(jīng)濾波器)，電壓幅值為直流側(cè)母線電壓ud。

請參閱圖2，是本發(fā)明提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和降低損耗的方法適用于sicmosfet單相h橋逆變器開關(guān)過程的電流流向。由于第一、四磁珠的作用和第二、三磁珠的作用相同，現(xiàn)僅以第一、四磁珠的安放為例進(jìn)行介紹。當(dāng)?shù)谝籱osfet和第四mosfet導(dǎo)通時，此時輸出電壓uo為高電平，且幅值為直流母線電壓ud，負(fù)載電流io的流向如圖2(a)所示。

當(dāng)?shù)谝籱osfet和第四mosfet關(guān)斷，并且第二mosfet和第三mosfet未完全開通時(該段時間包括第二mosfet和第三mosfet的開通延遲以及死區(qū)時間)，由于阻感負(fù)載中的電流io不能突變，所以負(fù)載電流io經(jīng)過第二mosfet和第三mosfet的體二極管續(xù)流，此時負(fù)載電流流向如圖2(b)所示。

當(dāng)?shù)谝籱osfet和第四mosfet關(guān)斷，第二mosfet和第三mosfet開通時，并且在上一個開關(guān)狀態(tài)結(jié)束，負(fù)載電流io仍為正值時，回路中電流的流向由電源經(jīng)母線電感和第二mosfet和第三mosfet。由didc/dt≈il/ton可知，開通速度越快或者負(fù)載電流越大，電流變化率越大。當(dāng)變化率過大時會產(chǎn)生嚴(yán)重的emi問題，母線上迅速變化的電流會造成較大的共模電壓與電流，會使同一個橋臂上互補的開關(guān)管的驅(qū)動信號產(chǎn)生高頻振蕩，并且共模電壓通過驅(qū)動芯片及光耦芯片耦合到控制板。由于控制板發(fā)出驅(qū)動信號的開關(guān)在開通過程中會產(chǎn)生機械振蕩，此時共模信號與機械振蕩相互影響，導(dǎo)致控制板發(fā)出的驅(qū)動波形不可靠，整個系統(tǒng)便開始振蕩，無法正常工作。當(dāng)然，在負(fù)載電流為負(fù)值時也會出現(xiàn)同樣的情況。

請參閱圖3，是本發(fā)明所選用的鐵氧體磁珠的阻抗特性。該磁珠為大電流鐵氧體磁珠，磁珠設(shè)計3.5ω/100mhz，磁珠阻抗特性為非線性，頻率越高，電阻阻值越大。

請參閱圖4，是本發(fā)明鐵氧體磁珠在實施例中安放的位置。在第二mosfet和第三mosfet開通過程中，高頻振蕩回路如圖中紅色實線所示，將鐵氧體磁珠安放在同一個橋臂的互補開關(guān)管可以有效阻尼高頻振蕩，即第一mosfet的漏極端和第四mosfet的漏極端。該大電流磁珠磁飽和風(fēng)險極小，可以更好地阻尼高頻振蕩。

請參閱圖5，是本發(fā)明鐵氧體磁珠在實施例中串入磁珠前后的驅(qū)動信號波形對比。在高頻時所增加的抑制噪聲的能力有些情況下沒有預(yù)期的好，這時候需要進(jìn)行串并聯(lián)磁珠以達(dá)到最優(yōu)的抑制效果。在p位置串入磁珠，在一定的直流電壓下，通過將磁珠串并聯(lián)使得圖5中的開關(guān)管的驅(qū)動信號波形不再發(fā)生高頻振蕩為止，此時串入的磁珠阻抗為最佳值，從而在不增加?xùn)艠O驅(qū)動電阻的情況下保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定與損耗的平衡。

本發(fā)明的實施例中，因為鐵氧體磁珠的加入，在保證開通穩(wěn)定且關(guān)斷振蕩較小的情況下總損耗約下降了24％。實現(xiàn)了穩(wěn)定性與開關(guān)損耗的權(quán)衡。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明做出相應(yīng)的改變和波形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所述的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。