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基于封装集成技术的高功率密度碳化硅单相逆变器

         
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摘要

针对目前家用光伏系统、电动汽车（EV）和航空航天等领域中对单相逆变器的高功率密度需求，首先提出了一种基于新型碳化硅（SiC）功率模块的高功率密度单相集成逆变器。该单相逆变器采用直流侧并联Boost APF抑制二次纹波，以此减小直流侧电容；采用高频低损的新型宽禁带SiC器件，将boost APF和逆变器的开关频率提高到100 kHz，显著地减小无源元件的体积。再提出一种新型高功率密度低感全SiC半桥混合封装结构，其尺寸仅为10 mm×20.5 mm，可以极大地减小杂散电感，显著降低了器件的开关应力、EMI干扰及开关损耗；通过采用直接散热结构，并对散热器及整机热流动进行优化设计，使得装置实现高效散热。最后，基于封装集成技术，研制出一台全数字控制的2 kW、功率密度58.8 W/in3、CEC效率高达97.3%及最大效率98.3%的高功率密度单相逆变器。%With the increasing demand for single phase inverter with high power density in household photovoltaic system, electric vehicle(EV) and aerospace, a single phase inverter with high power density is presented in this paper based on a new type of silicon carbide(SiC) power integration module. The single-phase inverter uses DC Boost APF instead of DC side capacitance to absorb the low frequency ripple,which can reduce the volume of decoupling capacitance;utilizes wide band gap devices SiC whose advantages is less loss at high switching frequency and increases switching frequency of boost APF and inverter up to 100 kHz,which can further reduce the size of the passive components;and puts forward a novel SiC half bridge hybrid packaging structure with high power density and low stray inductance, which is only 10 mm×20.5 mm in size and can greatly reduce the stray inductance so that the stress of switching devices, switching loss and EMI can be significantly reduced;uses direct cooling structure and optimizes heat sink and heat flow design, which makes the device to realize efficient heat dissipation. Finally based on packaging integration technology, a single-phase inverter with high power density is developed, Whose power is 2 kW, power density reachs 58.8 Win3, CEC efficiency reachs 97.3%and maximum efficiency reachs 98.3%.

著录项

  • 来源
    《电源学报》 |2016年第4期|103-111|共9页
  • 作者

    李宇雄; 黄志召; 方建明; 陈材; 康勇;

  • 作者单位

    华中科技大学电气与电子工程学院;

    武汉 430074;

    华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室;

    武汉 430074;

    华中科技大学电气与电子工程学院;

    武汉 430074;

    华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室;

    武汉 430074;

    华中科技大学物理学院;

    武汉 430074;

    华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室;

    武汉 430074;

    华中科技大学电气与电子工程学院;

    武汉 430074;

    华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室;

    武汉 430074;

    华中科技大学电气与电子工程学院;

    武汉 430074;

    华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室;

    武汉 430074;

  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 chi
  • 中图分类 逆变器;
  • 关键词

    碳化硅; 高功率密度; 硬开关; 单相逆变器; 封装集成技术;

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