[发明专利]基于碳化硅MOSFET模块的大功率高功率密度变流器及结构

说明书

本发明公开了一种基于碳化硅MOSFET模块的大功率高功率密度变流器及结构，适用于电力电子技术领域。包括五台三相DC/AC变流器、直流汇流母排和交流汇流母排；五台三相DC/AC变流器顺序编号，五台三相DC/AC变流器的直流侧通过两根直流汇流母排与直流电源或电池连接；五台三相DC/AC变流器的交流侧通过三根交流汇流母排与三相电网或三相负载连接。其能够实现直流到交流、交流到直流的能量双向流动。系统整体结构依托碳化硅MOSFET的特性，可实现系统整体的高功率密度设计。

技术领域

本发明设计一种基于碳化硅MOSFET模块的大功率高功率密度变流器及结构，属于电力电子技术领域。

背景技术

随着全球能源危机与环境问题的日益突出，电力电子技术的发展为解决能源问题带来了新的契机。新能源分布式发电的蓬勃发展以及更多应用场景的需求，使得电力电子设备朝着大功率轻量化高功率密度的方向发展。传统行业的发展，对变流器的体积、功率密度也提出了更高的要求，例如多电飞机和电动汽车行业的发展，使用电力驱动系统来代替大量使用的液压，气压驱动系统。如何使得电力电子设备在拥有高功率密度的同时，拥有较高的效率，也是目前电力电子行业研究的热点。采用传统硅基器件的变流器由于开关频率的限制，无源器件在系统体积中的占比会比较大，往往不能实现高功率密度的要求，通常采用硅基器件的风冷大功率变流器的体积在0.3MW/m3左右。宽禁带功率器件由于自身材料的优越性，在电力电子行业崭露头角。采用宽禁带功率器件的变流器在同等功率及损耗下的设备体积要远远小于传统硅IGBT变流器。

现阶段电力电子器件受到耐压、功率等级、开关频率的限制，在大功率应用场合下，通常采用串并联的形式来提升系统的功率输出能力。复杂的系统结构、多变的控制方法等都对大功率电力电子设备实现高效率、高功率密度提出了严峻的挑战。在设备设计之初就应该对器件选型，散热系统，设备结构等进行综合考虑以求达到最优功率密度。并且在变流器与变流器之间，器件与器件之间不可避免出现的环流现象也是应该考虑的问题。

发明内容：

发明所解决的问题是：针对上述技术的不足之处，提出一种结构简单，使用效果好，能够在提升大功率设备功率密度的同时，抑制多控制器结构的并联变流器环流问题的基于碳化硅MOSFET模块的大功率高功率密度变流器及结构。

为实现上述技术目的，本发明的基于碳化硅MOSFET模块的大功率高功率密度的变流器，它包括五台三相DC/AC变流器、直流汇流母排和交流汇流母排；五台三相DC/AC变流器顺序编号，五台三相DC/AC变流器的直流侧通过两根直流汇流母排与直流电源或电池连接；五台三相DC/AC变流器的交流侧通过三根交流汇流母排与三相电网或三相负载连接；

所述三相DC/AC变流器包括三个半桥碳化硅MOSFET功率模块组成的三相两电平半桥电路和控制器，每个半桥碳化硅MOSFET功率模块都连接有一个功率模块驱动板并受其驱动，三个功率模块驱动板分别通过光纤与控制器相连接，控制器生成驱动信号，最终作用于半桥碳化硅MOSFET功率模块控制其开通关断；