哈尔滨工业大学科研团队提出一种新型软开关逆变器的改进调制策略

随着以SiC MOSFET为代表的宽禁带器件在电机驱动、新能源并网等逆变场所不断应用，传统硬开关逆变器在高频条件下的电磁干扰与开关损耗问题越发突出。软开关逆变技术为实现高频化下宽禁带逆变器的高效运行提供了一种切实可行的技术方案。哈尔滨工业大学杨明教授团队基于新型并联谐振直流环节软开关逆变器提出改进调制策略，克服了原调制策略下辅助电路电流应力高、损耗大等问题。实验结果验证了改进调制策略对于电流应力降低与效率提升的有效性。

研究背景

高效、高功率密度一直以来就是电力电子变换器研究人员所追寻的目标。以SiC MOSFET为代表的新型宽禁带器件的出现，更加有助于上述目标的实现。宽禁带器件开关速度的提升是减少其开关损耗、提高其开关频率的关键，但也带来了严重的电磁干扰问题，并且当开关频率提高到一定程度时，开关损耗亦会大幅提升。

软开关逆变技术为解决上述问题提供了一种非常好的思路，并在电机驱动、并网逆变器等领域取得了成功应用。

论文所解决的问题及意义

图1所示为新型并联谐振直流环节软开关逆变器（Parallel Resonant DC Link Soft-switching Inverter, RDCLSI）样机，其克服了以往拓扑存在的诸多问题，例如谐振电感电流阈值设置提升控制复杂性、耦合磁性元件使用增加设计难度等，但其在原调制策略下仍存在着辅助电路电流应力过高这一突出问题，过高的电流应力会大幅提升辅助电路中元器件的开关及导通损耗，进而降低软开关逆变器的效率。

图1 新型PRDCLSI样机

论文方法及创新点

为了解决上述辅助电路电流应力过高问题，本文提出了改进调制策略，其由不连续的脉冲宽度调制和采用斜率正负交替锯齿载波两部分组成。

与原调制策略相比，本文所提改进调制策略在保留辅助电路动作频率最小化优点的基础上，将第二辅助开关管的电流应力降为谐振电流峰值；并且通过合理的参数设计，进一步降低第一辅助开关管的电流应力（如图2所示），综合二者完成辅助电路电流应力的削减，从而降低辅助电路各项损耗，提升软开关逆变器效率（如图3所示）。

图2 电流应力对比

图3 效率对比

结论

本文针对一种性能优良的新型PRDCLSI，提出了一种由不连续的脉冲宽度调制与锯齿载波组成的改进调制策略。通过理论分析和实验研究得出如下结论：辅助电路动作频率最小化优势得以保持；大幅降低的辅助电路电流应力有助于减小辅助电路各项损耗；全负载范围内保持对原调制策略的效率优势。

团队介绍

哈尔滨工业大学杨明教授团队在电力电子技术及应用、永磁伺服驱动系统先进控制策略等方面深耕多年，已参与、主持承担20余项相关项目，主持国家自然科学基金项目4项、工信部制造业高质量发展专项1项、上海博士后资助重点项目1项、台达环境与教育基金重点、重大项目各1项；参与国家自然基金重大项目2项，国家重点研发计划1项、国家重大科技专项项目3项、中丹国际合作重大项目1项、国家863计划重点项目等。起草伺服驱动及电机系统性能测试行业标准10项；累计发表文章150余篇，在电气工程国际权威期刊IEEE Transactions上发表30余篇、EI源检索100余篇；获授权发明专利30项。

近十年来培养硕博研究生共计50余人，毕业去向为华为（1人入选华为天才少年计划）、西门子、大疆等知名企业，或国家电网、军工航天等重点国企、研究机构，或出国深造，海外继续攻读博士、博士后等。

本文编自2024年第2期《电工技术学报》，论文标题为“新型并联谐振直流环节软开关逆变器改进调制策略”。本课题得到国家自然科学基金资助项目。

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