针对储能系统中通常直流母线侧电压等级较高而电池侧电压较低且电压变化范围宽的情况,提出1种三电平双向全桥多谐振DC-DC变换器拓扑,其高压侧采用三电平结构,可减小开关管的电压应力。谐振腔设计为带有辅助电感的LLCLC多谐振结构,使其等效电路左右对称,可达成正、反向工作对等驱动控制,从而实现功率双向传输。采用改进的同步变频控制策略,使高、低压侧开关管正、反向工作时均可实现全范围零电压开通。与传统LLC谐振拓扑相比,所提拓扑能够在较窄的频率范围内实现更宽范围的电压增益。通过对谐振腔参数的优化设计可使变换器同时传输电流基波和3次谐波功率,在高频段提高能量的传输效率。最后搭建2 kW实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。

CLLC谐振变换器可实现双向功率传输,具有高效率、高功率密度的特点,但传统的参数设计方法步骤繁琐,需迭代多次才能取得合适的功率电路参数。为此,深入分析双向CLLC变换器工作原理和工作特性,提出1种新的参数设计方法。综合考虑全工作范围软开关、设计指标约束及高效率优化条件,缩小设计参数的可选范围,优化设计步骤,有效减少了变换器参数设计过程的复杂度。结合工业场合下48~380 V/kW双向直流变换应用需求,给出了具体的参数设计步骤和结果,并研制出了样机,通过实验测试验证了所提参数设计方法的正确性和有效性。

在新能源技术迅速发展的背景下,随着DC-DC变换器性能的不断提高,提出1种新型高增益DC-DC变换器,即在准Z源的拓扑结构基础上进行改进,采用3个电容共同向负载放电以获得更高的电压增益,同时减小各电容的电压应力。仿真和样机实验结果表明,所提变换器不仅保留了传统准Z源直流变换器控制方式简单、电流连续、电流纹波小等优势,还具备升压倍数高、电容的电压应力低的特点。

为了解决频率控制的LLC谐振变换器受限于开关频率而难以实现宽输出电压范围这一问题,研究了1种可拓展的变模态交错并联LLC谐振变换器。该变换器的二次侧采用倍压整流电路,根据一次侧双半桥不同的开关组合工作在并联模态或串联模态,可以适应1~3N倍宽输出电压范围。同时,提出了1种定频PWM控制方法,通过在并联模态和串联模态的中间区域固定开关频率为谐振频率,改变1个桥臂的占空比,实现电压控制。PSIM仿真结果验证了该变换器经过拓展2N个谐振腔后可实现1~3N倍宽输出电压范围。100 W实验样机的实验结果验证了双半桥两谐振腔时可实现1~3倍的宽输出电压范围,证明了该变换器及其控制策略的有效性。

软开关有源钳位逆变器能够实现功率器件的软开关,有利于提升逆变器功率密度和动态性能。但在发生过流故障时,若采用传统的逐波限流策略,即过流时封锁功率器件的方法,将使直流母线电流由流向逆变桥变为流向直流侧。由于软开关变换器谐振电感的存在,直流母线电流与谐振电感电流叠加流过辅助开关器件,使辅助开关器件承受大电流应力。针对上述情况,提出1种改进逐波限流策略,通过改变逐波限流发生后的逆变桥开关状态,减少流向直流侧的直流母线电流,从而显著抑制电流应力,并通过3 kW软开关有源钳位逆变器实验进行了验证。

针对传统LLC谐振变换器在宽电压应用时开关频率范围过宽且电压调节性能较差的问题,提出1种倍压型两相并联谐振变换器。该变换器一次侧为并联双半桥LLC结构,二次侧在全桥整流网络中引入双向开关,构成可重构倍压整流网络。工作时采用定频控制,一次侧下半桥通过改变占空比来改变谐振槽输入电压,上半桥则以固定占空比工作,二次侧整流网络在双向开关的作用下实现全桥和倍压混合整流,可实现4倍的电压增益范围。同时,该变换器具有良好的软开关性能,且电压增益与励磁电感、负载无关,可选用较大的励磁电感来减小开关的关断和导通损耗。最后,仿真与实验验证了该变换器的有效性。

宽输入谐振变换器在储能与新能源系统中有广泛的应用需求。应用时域分析法求取LLC谐振变换器的电压增益特性时,已有研究通常假定移相控制电路处于电流断续模式,使得变换器连续模式的增益分析结果出现明显误差。针对倍压整流LLC谐振变换器,提出识别2种模式的时域分析计算方法。首先通过模态分析得出电流连续或断续的判据;然后以时域分析法推导2种模式的归一化计算模型,并使用计算结果和判据验证工作模式;最后通过不同条件下电压增益曲线的计算、仿真和实验对比证明了所提方法的有效性。结果表明,该方法对可能出现连续模式的LLC变换器更加适用,增益分析的准确性有所提高,有助于参数设计。

应用多相交错并联耦合电感技术,可以有效降低相电流纹波、提升动态响应速度。针对不同设计目标,首先分析直接耦合电感和间接耦合电感的稳态性能和动态性能的影响因素;然后根据耦合前后等效动态电感不变设计提升稳态性能的直接耦合电感和间接耦合电感,根据耦合前后等效稳态电感不变设计提升动态性能的直接耦合电感和间接耦合电感;最后通过实验验证了理论分析的正确性和有效性。实验表明,2种不同耦合方式的耦合电感分别对提高变换器的稳态性能和动态性能有明显的效果。

非隔离型Superboost变换器具有输入输出电流连续、效率高和功率密度高等优点,因此在航天器电源系统中被广泛应用。但在高电压增益场合中,器件开关损耗增加,导致变换器效率降低。为此,提出1种低电压应力ZVS-PWM Superboost变换器,通过引入谐振支路实现主开关的零电压开通和零电压关断及辅助开关的零电流开通和零电压关断,并且所有二极管均实现了软开关,从而有效降低了开关损耗,在未增加主功率器件电压和电流应力的基础上提高了变换器的效率。详细分析了所提变换器的工作原理、软开关实现条件及器件应力,采用状态空间平均法分析了该变换器的稳态和动态特性,并通过1台400 W/100 kHz样机验证了所提变换器的可行性。

针对双有源桥DC-DC变换器在电压不匹配时会产生较大的电流应力,导致变换器效率降低的问题,提出1种结合双重内移相与交错双重移相的组合双重移相控制策略。首先,分析2种控制策略工作原理,建立传输功率和电流应力的数学模型;然后,以最小电流应力为优化目标,利用Karush-Kuhn-Tucker条件下的拉格朗日乘子法求解最优移相比;其次,根据电压比和传输功率对2种控制策略下的优化方法进行组合,利用组合双重移相控制获得全局电流应力最优解,并与现有的单移相和双重移相控制进行比较,得出所提控制策略能够在电压比较大的情况下进一步降低电流应力与回流功率,提高传输效率;最后,搭建实验样机验证该控制策略可行性。

针对三电平中点钳位型NPC(neutral point clamped)变换器开关频率提高导致变换器电流纹波与电磁干扰噪声增大的问题,提出1种基于电流纹波预测的变开关频率调制策略,以降低三电平NPC变换器电流纹波、谐波噪声及电磁干扰噪声。根据电流纹波的要求计算出开关周期与采样周期并合成最新的开关周期,形成反馈,从而实现变频调制。使随机周期分布在期望周期的周围,从而使变换器的谐波噪声和电磁噪声更加均匀地分布在较宽的频段上,以达到减少变换器电磁噪声的目的,并改善输出电感上的电流纹波。相关仿真及实验结果表明,相较于传统的调制策略,所提调制策略共模噪声降低了约20 dB/μV,差模噪声降低了约10 dB/μV,其输出电感电流纹波幅值也有相应的减少。

研究Boost变换器分数阶PID控制设计问题,利用Oustaloup滤波器近似算法拟合系统的分数阶电感和电容模型。针对粒子群优化PSO(particle swarm optimization)算法整定分数阶PID控制器参数时学习能力不充分、迭代收敛乏力的问题,提出1种改进的粒子群优化算法,该算法引入了自适应惯性权重、自适应学习因子及加权变异3种策略用以提高粒子多样性,增强收敛速度与精度。将改进的粒子群算法应用于分数阶Boost变换器PID控制系统设计。仿真结果表明,经改进的粒子群算法设计的控制系统的输出电压和电感电流动态响应更快,在负载突变时输出电压的抗干扰能力更优,电感电流的跟踪调节能力更强。

移相全桥零电压零电流开关ZVZCS(zero-voltage zero-current switching)变换器因结构简单、效率高等优点,在大功率直流变换应用场合备受青睐。目前,大功率移相全桥ZVZCS变换器仍存在电流复位困难、占空比丢失严重等问题。针对上述问题,提出1种新型移相全桥ZVZCS变换器,通过在一次侧引入辅助电路,在滞后桥臂开通前将电流复位至0,保证其可以在宽负载范围内实现零电流开关;与此同时,还可以加速一次侧续流换流速度,减少占空比丢失,实现电源的优化设计。在分析了变换器的电路结构、工作原理和特性的基础上,设计1台1 kW实验样机,验证了其正确性。

应用于储能系统的电流源型双有源桥式变换器往往存在电流应力大、软开关范围受限等问题,限制了变换器的效率和功率密度。针对此问题,结合耦合电感技术,提出1种储能侧电流纹波小且软开关范围宽的电流源型双有源桥式变换器。变换器的储能侧由2个并联的电流源型全桥构成,可有效减小储能侧开关管的电流应力。通过调节储能侧并联全桥间的移相,可减小储能侧电流纹波;通过合理设计耦合滤波电感,得到足够大的互感电流以满足开关管的软开关条件。详细介绍了变换器的工作原理和稳态分析,并设计了400 W的实验样机,实验结果进一步验证了所提变换器的优越性和可行性。

级联H桥被认为是最适合光伏发电场景的拓扑之一。针对传统三相级联H桥光伏逆变器电容体积大、寿命短、相间功率失配及控制通信系统复杂的问题,基于磁通抵消原理提出1种新型模块化三相光伏逆变器及其分布式控制策略。首先,介绍了模块化拓扑的基本结构;然后,对磁通抵消功率解耦的基本原理及二倍频电压纹波的影响因素进行了详细分析,提出1种分布式控制策略以实现二倍频电压纹波的抑制并保证三相输出功率平衡;最后,通过仿真与实验验证了分析的正确性与控制策略的可行性。

将磁集成耦合技术引入高增益变换器,提出1种基于二极管钳位的磁集成Boost变换器。对所提变换器工作原理和性能的理论分析表明,该变换器在兼具原变换器电压增益较高和控制策略较简单等优点的基础上,实现了体积减少及电感电流纹波降低。通过开关电容技术使所提变换器的电压增益得到了进一步提高,降低了开关管和二极管的电压应力,有效提高了变换器的能量转换效率。最后通过仿真与实验验证了理论分析的正确性。

针对1种无变压器、无耦合电感的新型单开关高增益变换器,通过将电压升举单元引入Boost变换器来实现在较小占空比情况下提高电压增益,降低开关管、二极管电压应力,减小开关管的导通损耗,从而提高变换器的效率。为了进一步提高变换器的动态性能与抗扰动能力,在分析单神经元控制器的基础上引入免疫反馈机制,研究模糊免疫-单神经元PID控制策略,将模糊免疫控制与单神经元智能控制器结合,实现了单神经元比例系数的自整定。最后,对所提变换器和控制策略进行了仿真研究,并设计了1台输出200 V/0.5 A的实验样机进行实验验证,仿真和实验结果均表明：所提变换器可在较小占空比情况下获得较高电压增益;与传统的PID控制策略相比,所提模糊免疫-单神经元PID控制策略能更有效地抑制系统扰动,提高变换器的动态性能,具有更强的自适应能力和鲁棒性。

针对单相储能逆变器中双向H4桥变换器换路瞬间的时延振荡,提出1种双向H4桥变换器的统一控制方法。该方法利用电压调节器控制变换器的功率流向,基于功率平衡理论推导出1套双向可行的控制参数,同时为实现交流电流无静差跟踪输入电压、增加稳定性,电流内环采用准比例谐振控制器,并采用二阶广义积分器设计锁相环。PSIM仿真和实验均表明该方法能实现整流和有源逆变状态之间的无缝切换,且在启动及状态切换时都有很好的效果,实现单相光伏储能系统中双向AC-DC的稳定控制并获得良好的动态性能。

准Z源三电平逆变器的升压控制和中点电位平衡控制之间的耦合严重限制了其控制性能。为解决上述问题,提出1种基于虚拟矢量脉宽调制方法的中点电位平衡策略,通过直流母线电容电压闭环控制实现中点电位平衡控制,消除了中点电位低频波动,同时采用恒直通升压调制策略,避免了升压控制对中点电位的影响,保证了准Z源网络充足的升压空间。最后通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。

针对弱电网环境下电网阻抗的出现导致LCL型并网逆变器系统的相位裕度下降,造成严重的并网电流畸变,甚至系统失稳的问题, 提出1种改进并网电流控制策略。在电压前馈环中引入多谐振控制器以抑制电网电压背景谐波,并在电流前馈环中加入相位补偿器以提升系统相位裕度,从而避免多谐振环节的谐振峰与-180°线交汇的风险。理论分析与仿真实验结果均表明,所提策略可有效抑制弱电网下LCL型并网电流谐波,提高电流质量,增强并网系统的稳定性。

谐波和电磁干扰EMI(electromagnetic interference)滤波器是并网逆变器中用于抑制谐波失真和EMI噪声的2个重要输出滤波器。因此,提出1种通过平面磁集成的方法组合谐波和EMI滤波器,实现设备体积和质量的减小。首先,选择合适的磁芯将共模电感和差模电感通过PCB绘制平面线圈的方法集成在同一磁芯上,在PCB板层插入电介质板,合理规划层连接方式集成分立电容,实现EMI滤波器的平面电磁集成;其次,采用对称LCL滤波器拓扑结构,取代传统的磁集成非对称结构,进一步通过设计磁芯中柱的气隙和合理布置平面绕组,将LCL谐波滤波器的电感也集成在同一磁芯单元,形成LCL-EMI型平面磁集成滤波器;最后,通过搭建氮化镓单相逆变器平台,对平面磁集成的LCL-EMI滤波器进行实验分析,验证所提平面磁集成方法的可行性。

为解决新能源多变流器并网系统MGCCS(multiple grid-connected-converter system)中的电能质量相关问题,首先基于谐波状态空间HSS(harmonic state space)方法建立MGCCS的串联和并联模型。HSS模型考虑了开关过程中的高频分量,其内部的Toeplitz矩阵能够有效捕捉变流器内部的谐波耦合。在建立MGCCS串联和并联HSS模型的基础上,引入虚拟电阻改进模型,并考虑电网阻抗的影响,以模拟多变流器并网系统。通过对状态矩阵的特征值分析,对多变流器互联系统的谐波稳定性进行研究。研究深入分析了主电路和控制器参数对谐波不稳定性的影响,预测谐波不稳定模式的振荡频率。MATLAB/Simulink仿真结果及RT-LAB实验结果验证了基于HSS改进模型的正确性以及谐波稳定性分析的准确性。

针对移相全桥变换器因谐振电感体积和占空比损失的限制,传统控制方法难以在宽负载范围内实现软开关的问题,采用1种基于峰值电流与突发模式的混合控制方法。通过调整突发占空比稳定输出电压到参考值,改变移相角保证原边有足够大的电流实现滞后桥臂开关管的零电压开通。对所采用的控制方式搭建仿真平台,并研制1台240 W样机,通过数字信号处理器实现移相全桥变换器混合控制,通过仿真和实验验证控制方法的可行性。

恒流供电系统因其较强的抗故障能力,适用于环境恶劣的海底远距离供电,但海底设备均采用恒压供电,因此需使用恒流转恒压变换装置将恒流输入转换为恒压输出,然后为该类设备提供电能。为解决宽负载范围下恒流转恒压的高效变换与高压隔离控制的关键问题,首先提出1种分流调节器电路和直流变压器级联的恒流转恒压变换拓扑,实现恒流到恒压的宽范围高效变换;其次,针对高压隔离下的输出控制问题,研究基于输入侧检测的输出电压间接控制策略,无需高成本、大体积的输出隔离检测器件实现对输出电压的精准控制;最后,搭建输入电流为1 A、额定功率为500 W的实验样机,验证恒流转恒压变换器电能变换技术的可行性。

随着海底观测网规模的扩大,其大功率供电系统的稳定性问题受到关注。基于此,建立了海底供电系统关键部件的阻抗模型,针对海底直流供电系统高电力电子渗透率、多母线级联且邻级母线交互耦合的特点,采用逐级分析法探究海底直流供电系统稳定性及其影响因素。分析结果表明：控制器积分参数是Buck变换器失稳的主导参数,控制器比例参数是接驳盒子系统失稳的主导参数,光电复合海缆电阻参数的增大及电感参数的减小均可有效提升系统的稳定性。基于PLECS仿真软件的仿真结果验证了稳定性分析结果的正确性。

热敏感电参数法具有在线能力强、非侵入和快响应等特点,成为了当前的研究热点。因此以导通压降为热敏感电参数,重点研究了1种基于导通压降的IGBT结温在线监测方法。首先,通过双脉冲测试电路获取IGBT导通压降、集电极电流和结温数据;然后,基于所测数据构建了IGBT集电极电流、结温与导通压降的三维映射表征模型;最后,设计了1种新型导通压降采样电路,并开展IGBT结温的在线监测实验研究,实验结果验证了所得三维结温表征模型的准确性和有效性。

为了提高直流电压增益并降低电器应力,提出1种基于Z源的新型高增益直流变换器,理论上输出电压与输入电压之比可达(2-D)/( 1-2D)。与传统二极管电容滤波型Z源直流变换器相比,所提拓扑结构可以在相同占空比下提供较高的直流电压增益;当电压增益相同时,所提拓扑结构开关器件的电压应力及电感电流应力均有所降低;所提直流变换器的输入端口与输出端口共地,有助于降低系统的电磁干扰。在此基础上,进一步阐述了所提直流变换器的稳态原理特性,并进行参数设计和理论效率计算。最后,成功构建1台功率为200 W的实验样机,通过实验结果证明了所提电路拓扑的可行性和优越性。

新能源汽车是我国汽车行业转型发展的主要方向,它们的安全性问题引起了全社会的高度关注。为了研究新能源汽车动力电池安全问题,对近6年内公开的新能源汽车事故进行统计,分析了起火车型和起火原因。对电池过充、过放、内外部短路、挤压碰撞、热失控等安全事故机理进行了描述,综述了电池热失控时的特征参数,基于运行数据分析了某事故车在起火时的特征参数变化,最后对新能源汽车存在的问题提出了一些解决方法,并重点描述了基于大数据建立的电池模型和智能算法,为今后的动力电池故障诊断工作提供了一定的基础。

相比传统的硅Si(silicon)器件,氮化镓GaN(gallium nitride)器件具有更低的寄生参数、更快的开关速度和更小的导通电阻,但也导致器件在开通过程中更容易发生持续振荡现象,带来电路的不稳定问题。为了抑制这种现象,建立常规驱动方式下桥式电路的负电导模型,分析电路的振荡稳定性,建立在常规驱动方式基础上增加优化方式的负电导模型,分别选择以改变关断电阻、增加磁珠为代表的串联阻尼和以RC(resistor-capacitance)阻尼器为代表的并联低阻抗的优化方式。通过此模型可以判断出驱动优化方式的加入对电路振荡稳定性产生的影响,并通过实验结果验证了加入优化方式前、后电路的振荡稳定性变化,为驱动回路选择合适的驱动优化方式提供了参考。

针对单相充电系统输出侧存在的二次功率脉动问题,提出1种低电压纹波单相电驱重构型车载充电机EDROC(electric drive reconstructed onboard charger)系统。该系统通过在传统单相EDROC系统输出侧并联1个Buck/Boost型有源滤波器,用于吸收或补偿二次功率脉动,显著降低了充电系统的输出电压纹波。首先,分析单相EDROC系统的拓扑结构、工作原理和输出侧二次功率脉动产生机理;然后,结合Buck/Boost型有源滤波器,提出1种低电压纹波单相EDROC系统,并对Buck/Boost型有源滤波器拓扑结构、工作原理以及电感和电容选型进行了详细分析;接着,对所提EDROC系统控制策略进行设计;最后,设计了1台200 W实验样机,实验结果验证了所提充电机的可行性。

为降低成本、减少器件并保证电路安全运行,提出1种单相隔离型Δ源AC-AC变换器。新型变换器可以提供更宽范围的Buck-Boost输出电压,输入/输出电压可同相或反相,同时可抑制浪涌和谐波电流,提高电路可靠性。对所提电路的工作原理进行分析,推导得到各工作过程中主要元器件电压及输入/输出电压的关系式,并与其他改进的交流变换器进行对比,从理论上证明了新型交流变换器性能的优越性。根据所设计的参数搭建仿真模型和实验模型进行验证,仿真与实验的结果证实了理论分析的正确性与可行性。

随着医疗技术的不断进步,植入式医疗设备IMD(implantable medical devices)在临床上的应用越来越多。由于传统的电池供电方式会给患者带来额外的组织损伤和手术成本,采用无线电能传输WPT(wireless power transfer)技术对IMD供电将成为今后的趋势。然而,如何在有限的空间内设计出高效率的IMD-WPT系统具有较大的挑战性。为此,对比了5种适用于IMD的WPT技术的性能特点;然后以磁谐振式WPT技术为例,具体介绍了磁谐振式IMD-WPT系统设计中的关键问题;最后结合部分磁谐振式WPT技术在一些典型IMD中的应用现状,讨论了IMD-WPT技术未来的研究方向。

随着宽禁带器件的发展,SiC MOSFET得到广泛应用,对其短路保护的研究成为保障电力电子设备可靠性的重要课题。针对SiC MOSFET短路耐受时间短、短路故障难保护的问题,提出1种基于平面型差分罗氏线圈的SiC MOSFET短路检测方法。该方法通过测量电路的漏源极电流实现对短路故障的快速识别,具有响应速度快、抗干扰能力强、与主电路完全隔离等优点。首先介绍基于平面型罗氏线圈的SiC MOSFET短路检测方法的工作过程,着重研究平面型罗氏线圈的部分元等效电路PEEC(partial element equivalent circuit)建模方法,得到能反映线圈高频特性的等效模型。同时分析平面型罗氏线圈几何结构对线圈性能的影响,提出兼顾高增益及高带宽的优化设计方案,并针对罗氏线圈在强电磁干扰环境中测量准确度较低的问题,提出使用差分线圈方案提高抗扰性能。最后通过实验验证了所设计平面型差分罗氏线圈的抗干扰性能及基于该线圈的短路保护方法的可靠性。

为解决三电平双向直流变换器载波调制时,变换器存在正、反向运行切换不平滑,动态响应慢易使谐振回路产生谐波等问题,提出1种基于中性点移位的三电平双向直流变换器载波调制方法。分析双向直流变 换器工作原理,基于中性点移位原理,优化变换器三相输出电压相位角调整方式,在开关频率不变的基础上计算不同幅度调制比的中性点移位电压,依据故障实际状态整改同相单元相邻载波间的移位,采用载波相移脉宽调制对三电平双向直流变换器进行载波调制。仿真实验结果表明：所提调制方法可有效控制三电平双向直流变换器输出波形,且变换器正常运行时,幅度调制比大于1.0,相电压出现饱和现象,调制信号产生过调现象。

单级Buck变换器的实际占空比受到开关速度与死区影响,难以满足宽范围调压需求。采用多级级联Buck拓扑结构并提出1种适用于多级级联变换器的输出电压协同控制策略。所述控制策略兼顾运行效率,采用脉宽调制与变频调制结合的混合调制方法,实现各级变换器输出电压控制切换并覆盖全范围输出电压。建立开关损耗模型并分析混合调制对效率的优化效果。最后搭建仿真模型验证调制与控制设计的正确性,并搭建了1台50~75 V输入,1~40 V/200 A输出的8 kW两级式样机验证所提控制策略的可行性。

对于直流侧电压比为1:1:2的混合级联H桥逆变器,若采用混合载波层叠调制策略,虽无电流倒灌现象且输出电压谐波性能良好,但会出现低压单元输出功率不均衡的问题。针对该问题,首先进行功率不均衡分析,然后提出1种改进的混合调制策略,对高压单元进行阶梯波调制,对低压单元进行PWM,且2个低压单元对调制波采用不同的处理方式。所提策略在保留输出电压具有良好谐波性能的同时减少三角载波使用数量,简化了控制过程,且具有倍频效果。接着,对所提策略进行优化,对低压单元开关信号进行逻辑运算,可在2个载波周期内解决低压单元功率不均衡的问题。最后,通过仿真和实验证明了所提策略的可行性。

为研究栅氧化物在不同老化程度下电子辐照对SiC MOSFET可靠性的影响,结合高温栅偏和电子辐照2种实验对SiC MOSFET电学特性进行分析,讨论栅氧化物受到高温和强电场应力后电子辐照对SiC MOSFET阈值电压的影响。为避免封装材料在高温和电子辐照下对阈值电压产生影响,实验时将被测器件裸露于空气中。实验结果表明,高温正栅偏后器件阈值电压对电子辐照更加敏感,因此提出了电子辐照对SiC MOSFET高温栅偏老化后阈值电压影响的指数关系,且0.2 MeV电子能量辐照300 kGy剂量可将39 V、150 ℃、2 h高温栅偏后的器件阈值电压恢复至初始值。在Sentaurus TCAD仿真软件中建立SiC MOSFET基础数值模型,设置氧化物内电子浓度和空穴陷阱,模拟高温栅偏和电子辐照对器件阈值电压的影响,讨论阈值电压恢复机制。

恒压CV(constant-voltage)输出双边LCC补偿感应电能传输IPT(inductive power transfer)系统存在轻载效率低的问题,为了优化CV输出双边LCC补偿IPT系统轻载效率,基于求解近似最优解思想,提出1种双边LCC补偿拓扑的参数设计方法。分析了CV输出时零相位角ZPA(zero phase angle)条件及松耦合线圈损耗,通过搭建6.6 kW的实验原理样机进行实验验证。实验结果表明,所提补偿参数设计方法可以提高系统效率,尤其是轻载效率,6.6 kW满载效率为95%,1.32 kW轻载效率可达93%。

电压暂降是电能质量的主要问题之一,动态电压恢复器DVR(dynamic voltage restorer)是1种有效的解决方案。由于传统DVR无法适应中压领域应用,首先介绍1种基于级联H桥多电平变流器的高压直挂式DVR;为提高系统的响应速度及补偿精度,提出1种用于DVR交流电压补偿控制的dq轴解耦策略,同时采用基于电压补偿分量注入的载波相移脉宽调制策略,解决级联H桥直流侧电容电压平衡问题,保障了系统的安全性和稳定性;最后通过MATLAB/Simulink对所提出的DVR及控制算法进行建模与仿真,验证了该方法的有效性和可行性。