[發(fā)明專利]基于能量吸收電路的SiC固態(tài)功率控制器及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010591031.4
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111900963B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嵇保健;趙志宏;江馳;吳佳衡
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: H03K17/08
• 分類號: H03K17/08;H03K17/081;H03K17/16;H03K17/04;H03K17/041
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發(fā)明公開了一種基于能量吸收電路的SiC固態(tài)功率控制器及其控制方法。該控制器包括能量吸收電路和SiC固態(tài)功率控制器SSPC，能量吸收電路包括線路等效寄生電感、第一～第二儲能電容、第一～第二功率開關(guān)管、第一～第二功率二極管和濾波電容。方法為：在SSPC開通時，開通第一功率開關(guān)管，同時第一功率二極管導(dǎo)通，線路中寄生電感產(chǎn)生的能量一邊給第一儲能電容充電，一邊向機(jī)內(nèi)電源傳遞；SSPC穩(wěn)定后，關(guān)斷第一功率開關(guān)管，開通第二功率開關(guān)管，第二儲能電容開始充電，線路中寄生電感產(chǎn)生的能量一邊給第二儲能電容充電，一邊向機(jī)內(nèi)電源傳遞；能量釋放完后關(guān)斷SSPC。本發(fā)明降低了開關(guān)管的開關(guān)損耗，提高了開關(guān)速度，節(jié)約了電能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛機(jī)配電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于能量吸收電路的SiC固態(tài)功率控制器及其控制方法。

背景技術(shù)

固態(tài)功率控制器(SSPC)是應(yīng)用于現(xiàn)代飛機(jī)自動配電系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置，與傳統(tǒng)的斷路器相比，具有更高的可維護(hù)性、擴(kuò)展性、可靠性，自動化程度更高。現(xiàn)有SSPC中開關(guān)器件大多采用Si MOSFET。隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，作為一種新型的半導(dǎo)體材料,SiC以其優(yōu)良的物理特性和電特性，受到人們的廣泛關(guān)注。采用SiC器件可以減小散熱器的體積和重量，提高SSPC的功率密度，使之獲得更好的性能，功率器件的應(yīng)用也為功率電子與信號電子的集成創(chuàng)造了條件，使得SSPC的可靠性得以提高。

數(shù)字式SiC基航空高壓直流固態(tài)功率控制器的研究，不僅有利于航空航天電氣的發(fā)展，也有利于車輛和船舶的發(fā)展，最終擴(kuò)大到民用領(lǐng)域。由于SSPC電路中的器件封裝、PCB走線以及主電路中會引入寄生電感，對器件的開關(guān)特性產(chǎn)生較大的影響，包括開關(guān)波形的振蕩、器件應(yīng)力、電磁干擾(EMI)、開關(guān)速度、開關(guān)損耗等。對于寄生參數(shù)對開關(guān)特性的影響這一問題，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)取得了一些研究成果，但國內(nèi)對于傳統(tǒng)的SSPC研究很少有涉及到對主電路寄生電感的考慮，且SiC器件的開關(guān)速度較快，寄生參數(shù)對開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)的影響更為顯著，對于SiC SSPC來說，線路的寄生電感會對SSPC的開關(guān)速度造成了極大的干擾，產(chǎn)生瞬時的電壓過沖的現(xiàn)象，降低SiC SSPC的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低開關(guān)管的開關(guān)損耗、緩解開關(guān)應(yīng)力、提高開關(guān)速度、降低能耗的基于能量吸收電路的SiC固態(tài)功率控制器及其控制方法。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于能量吸收電路的SiC固態(tài)功率控制器，包括能量吸收電路和SiC固態(tài)功率控制器，所述能量吸收電路采用兩個儲能電容的充、放電吸收線路等效寄生電感產(chǎn)生的能量，兩個儲能電容分別連接一個二極管且分別由一個開關(guān)管控制電容的充放電，兩個二極管其中一端相連且連接機(jī)內(nèi)電源，所述機(jī)內(nèi)電源前端接有濾波電容，所述SiC固態(tài)功率控制器連接在能量吸收電路和機(jī)內(nèi)電源之間。

進(jìn)一步地，所述能量吸收電路包括線路等效寄生電感、第一儲能電容、第二儲能電容、第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管、第一功率二極管、第二功率二極管和濾波電容；

SiC固態(tài)功率控制器一端連接負(fù)載一端，另一端連接第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管和線路等效寄生電感的公共端，線路等效寄生電感另一端連接外界電源輸入；第一功率開關(guān)管另一端分別連接第一儲能電容的一端和第一功率二極管的陽極，第二功率開關(guān)管另一端分別連接第二儲能電容的一端和第二功率二極管的陽極，第一功率二極管的陰極和第二功率二極管的陰極相連且同時連接于機(jī)內(nèi)電源的正極，第一儲能電容的另一端和第二儲能電容的另一端相連且同時連接于機(jī)內(nèi)電源的負(fù)極和負(fù)載另一端，形成的公共端接地；機(jī)內(nèi)電源兩端并聯(lián)有濾波電容。

一種基于能量吸收電路的SiC固態(tài)功率控制器的控制方法，包括以下步驟：

步驟1、在SiC固態(tài)功率控制器開通前，第一功率開關(guān)管開通，線路等效寄生電感產(chǎn)生的能量通第一功率開關(guān)管向第一儲能電容充電，同時第一功率二極管導(dǎo)通，部分能量通過第一功率二極管向機(jī)內(nèi)電源傳遞能量；第二功率開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，第二儲能電容不參與工作，第二功率二極管截止；