研究目的
比较两种高功率三相逆变器(一种采用碳化硅MOSFET构建,另一种采用硅IGBT构建)在效率与传导电磁干扰方面的性能表现,以适用于多电飞机应用。
研究成果
碳化硅逆变器相比硅逆变器即使在提高开关频率时仍展现出更高效率,这源于其更低的导通损耗和开关损耗。然而碳化硅逆变器会产生更高水平的传导电磁干扰,需额外滤波才能满足航空标准。理论分析与碳化硅的实验结果高度吻合,但对硅逆变器的吻合度不完全。未来工作应聚焦于碳化硅逆变器的滤波器集成及可靠性验证。
研究不足
硅逆变器集成了电磁干扰(EMI)滤波器,而碳化硅(SiC)逆变器未配备该组件,这可能导致效率与EMI对比结果出现偏差。硅器件的理论模型与实验结果存在差异。为简化分析,开关损耗的缩放系数未被纳入考量。本研究仅针对传导EMI,未涉及辐射EMI或短路能力等可靠性相关问题。
1:实验设计与方法选择:
本研究对比了两种商用集成功率??椋↖PM)——基于硅IGBT的逆变器和基于碳化硅MOSFET的逆变器。通过线性近似和数据手册参数进行功率损耗理论分析,并辅以仿真与实验测量。电磁干扰(EMI)测量遵循MIL-STD-461G标准。
2:样本选择与数据来源:
使用两种IPM:一款额定功率225kW、采用1200V/450A IGBT的硅基逆变器,以及一款额定功率250kW、采用1200V/325A碳化硅MOSFET的逆变器。数据源自制造商数据手册及实验平台。
3:实验设备与材料清单:
包括直流电源、线路阻抗稳定网络(LISN)、射频屏蔽箱、屏蔽室、R-L负载、数字信号处理器(DSP)、定制接口板及逆变器本体(硅基与碳化硅IPM)。
4:实验流程与操作规范:
逆变器测试于铜质地平面进行。直流供电经LISN处理以实现EMI测量。效率测试条件为:540V直流母线电压、10kHz开关频率、调制比为1的正弦脉宽调制(SPWM),输出功率最高达30kW。EMI在射频屏蔽箱内的LISN上测量。
5:数据分析方法:
功率损耗分析采用MATLAB曲线拟合工具箱处理线性关系;效率通过输入/输出功率测量计算;EMI频谱与MIL-STD-461G限值对比。
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