資源描述：
《科創(chuàng)-低溫電力電子.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、一面向MOSFET開關器件的低溫性能測試平臺1)研究目標本項目旨在開發(fā)一套面向MOSFET開關器件的低溫性能測試平臺，并依此設計基于低溫電力電子技術的低溫直流斬波器實用電路方案，為具有高效、節(jié)能的電力電子技術奠定一定的實驗基礎和技術參考。2)研究內(nèi)容a)以英飛凌公司生產(chǎn)的最新MOSFET產(chǎn)品為研究對象，開發(fā)一套低溫性能測試平臺，對低溫電力電子技術進行相關實驗驗證。b)根據(jù)實驗測試獲得的低溫性能規(guī)律，設計基于低溫電力電子的低溫直流斬波器實用電路方案。3)研究方案a)如圖1所示，低溫性能測試平臺核心部
2、件包括：MOSFET測試架，MOSFET開關驅(qū)動電路，測試電源，溫度測量儀，數(shù)字萬用表，LabVIEW測量和控制軟件，等。其中，MOSFET測試架將實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)MOSFET表面的環(huán)境溫度的目的，從而實現(xiàn)測試在不同的環(huán)境溫度下的MOSFET開關性能。b)低溫直流斬波器實用電路方案包括：升壓電路，降壓電路，升降壓電路(極性反轉(zhuǎn))，升降壓電路(極性不變)。以上四種電路方案的本質(zhì)為引入低溫MOSFET來代替常規(guī)直流斬波器的二極管，并利用數(shù)字化控制方案，以實現(xiàn)更高的運行效率。圖1MOSFET低溫性能測試平臺
3、的原理框圖4)擬解決的關鍵問題解決在連續(xù)調(diào)節(jié)MOSFET環(huán)境溫度的同時，實時監(jiān)測MOSFET導通電阻的精確測量問題。二基于低溫MOSFET的低溫直流斬波器實用電路方案1傳統(tǒng)升降壓型直流斬波器的缺陷分析受到自身結(jié)構材料和PN結(jié)構特征的影響，功率二極管存在一個固定的導通電壓降。在功率二極管兩端施加電壓時，當實際電壓達到一個固定導通電壓降Ud時，功率二極管才開始導通，并產(chǎn)生相應的工作電流I。由于功率二極管通常工作于大電流狀態(tài)，在電流值達到額定電流時，其工作電壓降一般在1.0-2.0V之間。如圖1所示，功
4、率二極管的工作電流和工作電壓的相互關系如下：U=Ud+I×Rd，其中，Rd為功率二極管的等效導通電阻。與功率二極管的導通特性不同的是，MOSFET僅僅存在一個導通電阻Rm，其工作電流和工作電壓的相互關系如下：U=I×Rm。這樣，如果MOSFET的實際導通電阻足夠小，其導通損耗功率將會遠遠小于功率二極管。圖1MOSFET及二極管的電壓-電流關系曲線如圖2所示，以英飛凌公司生產(chǎn)的N溝道MOSFET管IPB009N03L的工作電流100A為例，其自帶的二極管的功率損耗約為200W，而可控功率開關管MOS
5、FET的等效通態(tài)電阻已達到1mΩ級別，其通態(tài)功率損耗約為10W。因此，在低壓大電流工作場合的前提下，采用MOSFET代替功率二極管可以在很大程度上減小電感充放電的功率損耗，提高整個系統(tǒng)的運行效率。圖2MOSFET及其反向續(xù)流二極管的運行損耗功率曲線2新型升降壓型直流斬波器的電路改進如圖3所示，新型升降壓型斬波器主要包括2只MOSFETS1、S2，1只二極管D2，能量緩沖電感器L，能量緩沖電容C，負載電阻R。與傳統(tǒng)斬波器不同的是，其在二極管D2的兩端，新增了一個并聯(lián)的MOSFET。利用MOSFET的
6、低導通損耗特性，可以大大降低整個電路的運行損耗。需要說明的是，N溝道的MOSFET具有雙向電流流通特性，可以通過正向或反向工作電流。其基本電路運行原理如下：1)當S1閉合時，電源U通過S1，與能量緩沖電感器L形成閉合充電回路，電感電流I(t)上升，如圖4所示；2)當S1斷開時，能量緩沖電感器L通過D2，與能量緩沖電容C及負載電阻R形成閉合放電回路，電感電流下降，負載電壓上升，如圖5所示；3)經(jīng)過一個短暫的時間延遲后，再閉合S2，從而使能量緩沖電感器L通過S2，與能量緩沖電容C及負載電阻R形成閉合放
7、電回路，電感電流下降，負載電壓上升，如圖6所示；4)當負載電壓U(t)上升至設定的參考值Uref時，S2斷開，能量緩沖電感器L再次通過D2，與能量緩沖電容C及負載電阻R形成閉合放電回路，電感電流下降，負載電壓上升，如圖5所示；5)經(jīng)過一個短暫的時間延遲后，S1重新閉合，電源U通過S1，與能量緩沖電感器L形成閉合充電回路，電感電流I(t)上升，如圖4所示。圖3改進后的升降壓型直流斬波器圖4能量緩沖電感器在充電運行狀態(tài)時的電路圖圖5能量緩沖電感器在放電運行暫態(tài)時的電路圖圖6能量緩沖電感器在放電運行穩(wěn)態(tài)
8、時的電路圖圖7和圖8分別給出了整個運行過程中的負載電壓波形圖和電感電流波形圖。如此反復，則可以將負載電壓U(t)維持在設定的電壓范圍Ud-Up內(nèi)，實現(xiàn)從固定電壓的電源至負載電阻的升降壓直流電能變換。需要指出的是：在t2時刻至t22時刻之間的時間區(qū)域，即是電感器L通過二極管D2與緩沖電容C、負載電阻R形成放電回路的暫時運行狀態(tài)。圖7負載電壓波形圖圖8電感電流波形圖為實現(xiàn)對上述兩個MOSFET進行控制，實現(xiàn)電感能量存儲與釋放，本文采用數(shù)字化方案定義不同系統(tǒng)工作狀態(tài)。引入一種把升降壓型直
