[发明专利]基于能量吸收电路的SiC固态功率控制器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于能量吸收电路的SiC固态功率控制器及其控制方法。该控制器包括能量吸收电路和SiC固态功率控制器SSPC，能量吸收电路包括线路等效寄生电感、第一～第二储能电容、第一～第二功率开关管、第一～第二功率二极管和滤波电容。方法为：在SSPC开通时，开通第一功率开关管，同时第一功率二极管导通，线路中寄生电感产生的能量一边给第一储能电容充电，一边向机内电源传递；SSPC稳定后，关断第一功率开关管，开通第二功率开关管，第二储能电容开始充电，线路中寄生电感产生的能量一边给第二储能电容充电，一边向机内电源传递；能量释放完后关断SSPC。本发明降低了开关管的开关损耗，提高了开关速度，节约了电能。

技术领域

本发明涉及飞机配电系统技术领域，特别是一种基于能量吸收电路的SiC固态功率控制器及其控制方法。

背景技术

固态功率控制器(SSPC)是应用于现代飞机自动配电系统的关键装置，与传统的断路器相比，具有更高的可维护性、扩展性、可靠性，自动化程度更高。现有SSPC中开关器件大多采用Si MOSFET。随着半导体器件的发展，作为一种新型的半导体材料,SiC以其优良的物理特性和电特性，受到人们的广泛关注。采用SiC器件可以减小散热器的体积和重量，提高SSPC的功率密度，使之获得更好的性能，功率器件的应用也为功率电子与信号电子的集成创造了条件，使得SSPC的可靠性得以提高。

数字式SiC基航空高压直流固态功率控制器的研究，不仅有利于航空航天电气的发展，也有利于车辆和船舶的发展，最终扩大到民用领域。由于SSPC电路中的器件封装、PCB走线以及主电路中会引入寄生电感，对器件的开关特性产生较大的影响，包括开关波形的振荡、器件应力、电磁干扰(EMI)、开关速度、开关损耗等。对于寄生参数对开关特性的影响这一问题，国内外学者已经取得了一些研究成果，但国内对于传统的SSPC研究很少有涉及到对主电路寄生电感的考虑，且SiC器件的开关速度较快，寄生参数对开关管开关状态的影响更为显著，对于SiC SSPC来说，线路的寄生电感会对SSPC的开关速度造成了极大的干扰，产生瞬时的电压过冲的现象，降低SiC SSPC的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够降低开关管的开关损耗、缓解开关应力、提高开关速度、降低能耗的基于能量吸收电路的SiC固态功率控制器及其控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于能量吸收电路的SiC固态功率控制器，包括能量吸收电路和SiC固态功率控制器，所述能量吸收电路采用两个储能电容的充、放电吸收线路等效寄生电感产生的能量，两个储能电容分别连接一个二极管且分别由一个开关管控制电容的充放电，两个二极管其中一端相连且连接机内电源，所述机内电源前端接有滤波电容，所述SiC固态功率控制器连接在能量吸收电路和机内电源之间。

进一步地，所述能量吸收电路包括线路等效寄生电感、第一储能电容、第二储能电容、第一功率开关管、第二功率开关管、第一功率二极管、第二功率二极管和滤波电容；

SiC固态功率控制器一端连接负载一端，另一端连接第一功率开关管、第二功率开关管和线路等效寄生电感的公共端，线路等效寄生电感另一端连接外界电源输入；第一功率开关管另一端分别连接第一储能电容的一端和第一功率二极管的阳极，第二功率开关管另一端分别连接第二储能电容的一端和第二功率二极管的阳极，第一功率二极管的阴极和第二功率二极管的阴极相连且同时连接于机内电源的正极，第一储能电容的另一端和第二储能电容的另一端相连且同时连接于机内电源的负极和负载另一端，形成的公共端接地；机内电源两端并联有滤波电容。

一种基于能量吸收电路的SiC固态功率控制器的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、在SiC固态功率控制器开通前，第一功率开关管开通，线路等效寄生电感产生的能量通第一功率开关管向第一储能电容充电，同时第一功率二极管导通，部分能量通过第一功率二极管向机内电源传递能量；第二功率开关管处于关断状态，第二储能电容不参与工作，第二功率二极管截止；