逆变器效率提升方案研究

在新能源发电系统、不间断供电电源、电机驱动、有源电力滤波器、感应加热电源等很多重要的电力电子技术应用场合,对逆变器的性能和效率有着较高的要求。随着逆变器输出性能和功率密度需求的不断提高,如何在较高开关频率下进一步提升逆变器的变换效率,显得越来越重要。 本文首先建立了逆变器不同调制方式下的损耗模型。通过对传统使用的两电平逆变器的损耗分布进行计算和验证,分析了进一步提升逆变器效率的途径。 接着将损耗模型拓展到其他的逆变器拓扑,包括二极管中点钳位型三电平,和辅助谐振变换极软开关逆变器拓扑。通过损耗分析和实验验证,评估了三电平和软开关逆变器拓扑相对于传统拓扑的效率优势,并基于损耗模型的计算结果解释了其效率改善的原因。最后对三种逆变器拓扑进行了综合的比较,总结了三种拓扑各自的优缺点,对各种逆变器拓扑功率器件的选择提出了建议。 本文还分析了辅助谐振变换极软开关逆变器的谐振过程,以及辅助管的控制方式,提出了一种通用的谐振参数选取方法。通过损耗分析和实验验证,研究了辅助开关变时间和定时间两种控制方式对于辅助谐振变换极软开关逆变器效率的影响,并在此基础上提出了一种新型的分段定时间控制方式,比较了三种控制方式各自的电流应力,损耗及效率特点。 最后研究了新型功率开关器件SiC二极管和快速IGBT对逆变器效率的改善效果,并将SiC二极管和快速IGBT相结合,比较了各种功率器件组合下,逆变器的效率表现及损耗分布。