EMI案例：交錯(cuò)并聯(lián)SiC逆變器的環(huán)流紋波預(yù)測(cè)模型

交錯(cuò)并聯(lián)SiC逆變器的環(huán)流紋波預(yù)測(cè)及ZVS控制策略

研究背景

軟開關(guān)技術(shù)是進(jìn)一步突破SiC基電力電子裝置開關(guān)頻率上限、提升裝置功率密度的重要技術(shù)手段。此外，軟開關(guān)技術(shù)可以對(duì)PWM脈沖序列以及開關(guān)電氣應(yīng)力進(jìn)行主動(dòng)配置，也是實(shí)現(xiàn)EMI噪聲主動(dòng)抑制的有效措施。根據(jù)雙脈沖測(cè)試得知，SiC MOSFET的開通損耗通常遠(yuǎn)大于其關(guān)斷損耗。因此，零電壓開通技術(shù)（ZVS）在SiC基電力電子變換器領(lǐng)域得到大量研究，并成功應(yīng)用在DC/DC變換器、圖騰柱PFC整流器、單相整流器和單相逆變器等拓?fù)?。然而，由于三相逆變器輸?a href="http://ttokpm.com/tags/電流/" target="_blank">電流紋波的強(qiáng)耦合，相關(guān)技術(shù)難以直接應(yīng)用在三相變換器領(lǐng)域。本期的內(nèi)容重點(diǎn)介紹了一種基于環(huán)流紋波預(yù)測(cè)模型的零電壓開通控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)交錯(cuò)并聯(lián)SiC逆變器全工況下的零電壓開通。

成果簡(jiǎn)介

橋臂的開關(guān)電流本質(zhì)上可以通過采樣的基波電流和預(yù)測(cè)的電流紋波進(jìn)行重構(gòu)得到?；谠撍枷?，提出了交錯(cuò)并聯(lián)SiC逆變器的環(huán)流紋波預(yù)測(cè)模型及橋臂電流實(shí)時(shí)重構(gòu)方法，實(shí)現(xiàn)了橋臂開關(guān)電流與輸出三相電流紋波間的解耦。利用PWM開關(guān)頻率自由度，以交錯(cuò)并聯(lián)SiC逆變器零電壓開通為控制目標(biāo)，設(shè)計(jì)了變開關(guān)頻率脈寬調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了變換器全工況范圍內(nèi)的零電壓開通。該方法并不需要額外的硬件輔助電路，純屬于軟件算法的創(chuàng)新，易于實(shí)現(xiàn)，開關(guān)頻率變化范圍小和傳導(dǎo)EMI峰值降低等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。

亮點(diǎn)提煉

基于高頻環(huán)流紋波預(yù)測(cè)模型，以ZVS為目標(biāo)設(shè)計(jì)變開關(guān)頻率脈寬調(diào)制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)三相變換器的全工況ZVS運(yùn)行，并有效抑制傳導(dǎo)EMI峰值。

為使所有SiC器件實(shí)現(xiàn)ZVS，電感電流必須在上橋臂開通前流入中點(diǎn)，并在下橋臂開通前流出。針對(duì)于交錯(cuò)并聯(lián)SiC逆變器，環(huán)流紋波的引入可以靈活改變電感電流方向和大小，為所有SiC器件的ZVS運(yùn)行提供了自由度。基于高頻環(huán)流紋波模型，利用PWM開關(guān)頻率自由度，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)流紋波幅值的精準(zhǔn)控制，并獲得臨界開關(guān)頻率。為確保并聯(lián)逆變器中的所有SiC器件均工作在ZVS，最終須采用三相中最低的臨界開關(guān)頻率作為系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的開關(guān)頻率。該方法能保證三相SiC變換器全工況下的ZVS運(yùn)行，并能實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)EMI峰值的有效抑制。該工作屬于高密度交錯(cuò)并聯(lián)SiC逆變器EMI噪聲主動(dòng)抑制的前期工作，變換器效率與EMI抑制效果仍有很大的提升空間。

圖1 并聯(lián)SiC逆變器環(huán)流紋波預(yù)測(cè)與ZVS控制策略

圖2 并聯(lián)SiC逆變器ZVS實(shí)驗(yàn)波形

圖3 所提策略（VSFPWM）與傳統(tǒng)固定頻率PWM（CSFPWM）傳導(dǎo)EMI對(duì)比示意圖

[1] Q. Li, Y. Ma, X. Zhao, D.Jiang and Y. Zhang, "VSFPWM Based on Circulating Current Ripple Predictionfor ZVS in Two Paralleled Grid-Tied Inverters With Coupled Inductors,"in?IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 70, no. 1, pp.39-51, Jan. 2023.?

前景與應(yīng)用?

交錯(cuò)并聯(lián)SiC逆變器的環(huán)流紋波預(yù)測(cè)及ZVS控制策略主要從軟件算法上對(duì)PWM序列進(jìn)行了控制，在保證ZVS運(yùn)行的同時(shí)，通過開關(guān)頻率的小范圍變化，實(shí)現(xiàn)了傳導(dǎo)EMI峰值的有效抑制，具有較好研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。

完成人介紹

李橋，湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院副教授，湖南大學(xué)岳麓學(xué)者，中國(guó)電源學(xué)會(huì)電磁兼容委員會(huì)委員。主要從事電力電子系統(tǒng)電磁兼容、高頻高密度功率變換器與智能傳感相關(guān)的研究，近年來發(fā)表SCI/EI論文20多篇，獲發(fā)明專利獎(jiǎng)3項(xiàng)，主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng)。擔(dān)任包括IEEE Trans. IndustrialElectronics、IEEE Trans. Power Electronics、IEEE Trans. IndustryApplication、IET Power Electronics在內(nèi)的多個(gè)國(guó)際權(quán)威期刊的審稿人。聯(lián)系郵箱：qiaoli@hnu.edu.cn

編輯：黃飛

?