大功率集成化電力電子模塊關鍵技術研究.pdf

1、在大功率電力電子應用場合，由于拓撲結構相對單一，因此其核心變流器部分適合采用集成化的電力電子單元模塊構成，在工業(yè)領域大型電力電子系統(tǒng)的開發(fā)中這已成為一種趨勢，本文著重對大功率應用場合的集成化基本模塊進行了研究和探討。 大功率領域中廣泛應用了多電平技術，多電平電路拓撲的結構特點和大功率集成化電力電子基本模塊之間有著緊密的聯(lián)系。從統(tǒng)一化多電平拓撲出發(fā)，本文對各類多電平拓撲進行了統(tǒng)一化分析，得到了各類多電平拓撲形成的兩種主要方式：組合

2、和簡化。按各類多電平拓撲是否具備可分解特性，對適合采用基本模塊進行設計的多電平拓撲進行了歸類，其中級聯(lián)型多電平拓撲最具優(yōu)勢。 論文中提出了一種新型的自平衡級聯(lián)多電平拓撲，該多電平拓撲的優(yōu)點是只需采用一個電壓源，就可以以級聯(lián)的方式實現(xiàn)輸出電壓的升降。新型拓撲具有電壓自動平衡的特性，和輸出負載的性質無關。相比傳統(tǒng)多電平拓撲，該新型多電平拓撲可以用較低的硬件成本和控制難度實現(xiàn)相同電平的輸出。新型多電平拓撲還可應用于DC-DC應用場合中

3、，具有良好的應用前景。 針對汽車42V雙母線供電系統(tǒng)，論文中提出了一種新型飛跨電容型DC-DC四電平變流器，變流器拓撲中沒有任何磁性元件，因此更加適合集成化設計。文中對新型DC-DC變流器的工作原理進行了分析。同時為解決傳統(tǒng)飛跨電容型：DC-DC電路開關瞬間過高脈沖電流對變流器效率的影響，論文通過對變流器輸出特性和電路參數(shù)的分析，提出了一種新的飛跨電容多電平DC-DC電路的設計方法。采用該設計方法，可將電路開關狀態(tài)切換時的電流峰

4、值有效降低，從而降低了變流器的損耗。變流器采用集成化模塊設計，在輕載時實現(xiàn)了98％的效率，滿載時效率接近96％，獲得了非常高的效率。 按集成化電力電子模塊的設計方法，成功設計了50kVA和1.5MVA系列通用變流器模塊。在模塊設計中，針對模塊集成開發(fā)中的關鍵技術，如主功率回路的寄生參數(shù)提取、互連母線和散熱器的優(yōu)化設計進行了分析討論。論文中對主功率回路設計中不同結構形式的母線排進行了仿真和實驗分析。在模塊設計中，采用AnsoftQ