含功率解耦模块的单相逆变器设计及其可靠性研究

发布时间：2020-12-22 21:44

　　单相变换器中,交流侧产生的二倍工频脉动功率会导致直流DC端含有二倍工频纹波电流,影响系统的可靠运行。传统无源方法是在DC-link处并联大电解电容,缓冲能量,实现交直流功率解耦。无源解耦电容能量利用率低、成本效益低、可靠性差,制约了电力电子装置的发展。有源功率解耦可提高电容能量利用率,有效的缩小电容容值,使用可靠性更高的薄膜电容,但添加额外的器件会改变系统的可靠性。本文针对此,基于任务剖面,考虑器件参数波动,对三种解耦方式（含无源）的单相逆变器的系统可靠性进行对比评估。本文首先通过电路分析和数学建模,研究单相变换器中低频纹波电流产生机理和功率解耦的原理。针对三种解耦方式,对关键器件进行参数设计、应力分析和损耗计算。基于解耦电路端口电压,提出一种闭环控制策略,并应用于Boost型解耦模块,与采用波形控制函数的Buck型解耦方式进行对比。在PLECS中搭建仿真电路,从解耦效果、电容容值、纹波电压等,对三种解耦方式进行对比分析,为可靠性评估的提供研究基础。针对DC-link电容,建立损耗和热模型,完成三种解耦电容的可靠性对比评估和B₁₀寿命预测;针对开关管,利用PLEC... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

基于Si和GaN器件的20W开关电源实物图

DC-link 电容不仅限制了电力电子装置向高功率密度影响设备的可靠性运行，故本文针对电力电子装置，特别是性问题展开了研究。电子装置可靠性研究现状靠性的定义是指产品在规定条件下和规定的时间内，完成定义有一定的局限性，故 1980 年在 MIL-STD-785B 中将可靠性（Mission Reliability）和基本可靠性（Basic Reliability数理统计方法被广泛应用来对产品的可靠性进行定量计算ean Time To Failure）或 MTBF（Mean Time Between FaiIn Time）和失效率来衡量装置的可靠性[7]。作为一门科学进行研究起源于第二次世界大战，始于 195历史，其发展趋势是从硬件到软件；环境应力筛选到 DfR（）；从基于数学统计向基于物理失效机理；从军用到民用[8]

武汉理工大学硕士学位论文 1-2 所示，电力电子可靠性研究可以分为以下三个方向[9]：1）置中关键器件（开关管、电容、驱动电路等）的物理模型和物要材料、封装工艺和微电子等领域的结合，是可靠性研究的理论设计与验证是通过 DfR 流程，将可靠性评估和寿命预测包含在，进行数次迭代，设计既满足性能要求又能找到成本与产品可点，是提高电力电子装置可靠性的途径；3）控制与监控是对关工况下的健康状态进行数据提取与分析，预测设备失效时间，维护避免设备出现故障是保证设备正常运行的方法，获取的数步支撑和完善可靠性的研究工作。下面本文将分别从可靠性研究及方法几个方面进行阐述。变换器发生故障的原因主要是由于功率半导体器件和 DC-link 总体的一半以上，所以可靠性研究的对象主要为开关管和 DC-li失效率会随时间发生变换，形似浴盆，故称浴盆曲线[10]，如图 1

【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算[J]. 朱英文,陆晓东.  电力电子. 2009(06)

硕士论文
[1]WEM发射系统电源特性分析及其谐波治理关键技术研究[D]. 龙根.中国舰船研究院 2016



本文编号：2932490