电工电能新技术杂志

电工电能新技术杂志2020年第2期

• IGCT载流子寿命分布特性及参数提取方法研究

  周亚星1,2， 陈芳林3， 王佳蕊4， 孔力1,2

  集成门极换流晶闸管（IGCT）物理模型中载流子寿命与器件动静态特性有着密切联系。现有基于器件关断拖尾电流的载流子寿命参数提取方法，假设关断拖尾电流的衰减主要取决于基区载流子的复合而忽略了阳极电子电流的影响，但IGCT采用透明阳极结构增强了关断时阳极电子的抽离，因此将该方法应用于IGCT存在不足。本文基于掺杂浓度依赖的载流子寿命模型和肖克莱-里德-霍尔（SRH）复合模型，分析了不同区域下载流子寿命的耦合关系；当透明阳极厚度远小于少子扩散长度，将透明阳极侧PN结等效为短二极管，分析了其少数载流子和电流分布特性，并由此提出载流子寿命参数提取的改进方法。最后，根据载流子等效寿命随外加电压变化的特性，实验提取了不同区域下的载流子寿命参数，通过器件双脉冲仿真及实验结果对比验证了参数提取结果的有效性。

• 650V eGaN HEMT短路特性研究

  张英1， 秦海鸿1， 彭子和1， 修强1， 荀倩2

  增强型GaN HEMT（eGaN HEMT）可以大幅提升变换器的效率和功率密度，具有广泛的应用前景。但实际应用中由桥臂串扰引起的误导通，以及负载侧短路等都会导致eGaN HEMT流过较大的电流。因此，为了确保eGaN HEMT在过载、短路等工况下安全可靠工作，必须深入探究eGaN HEMT的短路工作原理以及电路参数对其短路特性的影响。本文首先建立了硬开关模式下的短路测试平台对eGaN HEMT的短路过程进行了研究，并利用eGaN HEMT热网络模型，分析了其短路过程中结温变化情况，进一步地探究了不同结温对其短路特性的影响。在此基础上对不同电路参数对eGaN HEMT短路特性的影响进行研究和对比，揭示了影响eGaN HEMT短路特性关键因素，为eGaN HEMT短路保护设计提供了一定的指导。

• 基于新型耦合电感倍压单元的高增益变换器

  李洪珠1， 刘飞扬1， 李洪璠2

  提高直流变换器的电压增益可以增加变换器的输入和输出电压范围，使其应用场合更加广泛。本文提出两种具有高增益的耦合电感倍压单元，通过改变耦合电感的匝比N可以大幅提高变换器的电压增益。分析了CLC和LCL耦合电感倍压单元的工作原理，给出了耦合电感倍压单元拓扑及其组合拓展结构。并将CLC耦合电感倍压单元拓扑结构应用于传统Boost电路中，分析了基于CLC耦合电感倍压单元Boost变换器工作模态，给出了变换器主要工作波形，推导了变换器的电压增益、开关管和二极管电压应力表达式。理论分析表明，CLC耦合电感倍压单元的Boost变换器具有较高的电压增益，并且开关管的电压应力并没有因为电压增益的提高而增加。实验样机采用接近全耦合的罐型磁心和漏感较大的环形磁心进行对比测试，实验结果与理论分析一致，在全耦合情况下变换器的电压增益提升最大。

• 基于SiC BJT典型双电源阻容驱动电路的开关过程分析及损耗最优的实现

  莫玉斌， 秦海鸿， 修强， 王守一， 史杭

  为降低碳化硅（SiC）双极型晶体管（BJT）开关过程中的总损耗，针对SiC BJT典型的双电源阻容驱动电路，研究了考虑回路寄生参数情况下SiC BJT的详细开关过程，分析了加速电容对SiC BJT开关损耗和驱动损耗的影响，推导出了加速电容对SiC BJT开关过程各阶段持续时间的数学关系。理论分析表明，随着加速电容的增大，SiC BJT的驱动损耗成比例上升，而对开关损耗的优化并不明显。实验测试了加速电容从3?3nF到94nF变化时SiC BJT的开关波形，并对加速电容变化时的SiC BJT的驱动损耗以及开关损耗进行了对比。实验结果表明，随着加速电容的增大，开关过程中的总损耗呈现先减小后增大的趋势，通过合理选取加速电容值，能够有效降低SiC BJT开关过程的总损耗。

• 双线圈耦合多级电磁加速弹射系统

  杨洪涛， 杨鹏， 刘润泽

  电磁弹射是一种极具发展前景的新型弹射技术，现有的电磁弹射系统主要用于大型战机的弹射。为了实现中小型无人机利用电磁弹射起飞，本文提出一种双线圈耦合多级电磁加速弹射方案，并详细分析了双线圈耦合多级电磁加速的工作原理。针对无人机弹射的实际需要，分析确定了弹射系统加速轴轴长的计算公式和弹射系统的关键参数计算公式。基于上述原理完成了实验样机参数的确定，设计了相应的机械结构和控制系统，并进行了多组验证实验。所研制的样机采用8组400V680μF电容加速，2组400V680μF电容制动，弹射速度可达57km/h，发射效率达到24%，能够完成小型固定翼无人机的弹射起飞。

• 电动汽车代理商参与需求响应的多层博弈竞标模型

  程宏波1， 罗通1， 康琛2， 田旭2， 郭源曦1， 王勋1

  随着电力市场的发展和电动汽车保有量的增加，为电动汽车(EV)用户提供充放电引导服务的电动汽车代理商(EVA)将成为电力市场需求侧的重要组成部分，电网、EVA、EV之间形成比较复杂的利益关联关系。本文提出了一种基于需求侧充放电竞标的EV调度多层博弈模型，以EVA需求响应为核心，构建EV用户自主选择EVA的演化博弈模型、EVA与EV之间的主从博弈模型以及不同EVA在日前市场竞争的非合作博弈模型，分析了各自之间的效用函数及条件约束，结合各自特点设计了相应的均衡解求解算法。算例分析表明该方法能有效协调电网、EVA及EV之间的互动收益，降低调度成本。

• 基于虚拟Modbus RTU技术的双以太网双主站冗余发电机励磁控制器设计

  周宏林， 刘静波， 凌乐

  具有高可靠性要求的同步发电机励磁控制器一般工作于双以太网双主站冗余环境下。虽然国外高端控制器易于应对复杂网络通信环境，但随着近年市场竞争加剧以及自主可控要求的提出，励磁控制器需要探索新的降本增效路线。然而基于单片机或DSP的中低端励磁控制器由于硬件资源限制，难以同时兼顾控制性能和复杂网络接入两方面的要求。为解决此矛盾，本文提出一种基于虚拟Modbus RTU技术的双以太网双主站冗余发电机励磁控制器设计方法。该方法让承担励磁控制任务的核心芯片只需要做简单的“虚拟Modbus RTU”通信即可完成复杂的以太网接入。从而实现励磁控制与复杂网络通信任务间的解耦，有效降低励磁控制DSP核的通信负担，提升控制性能，同时还会给励磁控制器软件开发者带来极大的便利。本文首先介绍了励磁控制器的复杂网络工作环境和要求，然后提出了一种新的基于虚拟Modbus RTU技术的设计方案，接着给出了该设计的软硬件实现框架，最后通过RTDS半实物仿真实验全面验证了设计的可行性和性能。

• 基于双变压器的宽范围隔离升降压变换器

  刘婷婷， 刘仕钊， 胡荣华

  研究了一种基于双变压器的三电平隔离升降压直流变换器，该变换器原边为全桥降压电路，副边为嵌入升压单元的倍压整流电路，使得变换器可以工作在升压和降压两种模式，适用于宽范围输入/输出场合。在传统单移相控制策略的基础上，通过采用双重移相控制策略，优化了变换器的软开关性能。针对倍压整流电路电容不均压的问题，通过在副边开关管驱动信号中引入占空比微调，达到实现电容动态均压的目的。变换器不仅能够实现升降压变换，而且可以在宽范围内实现所有开关器件的软开关。研制了一台1000W原理样机并进行了详细的实验测试，实验结果验证了理论分析的正确性。

• 电动汽车动态无线充电系统集成线圈设计与实验研究

  杨雅晴1， 张立炎1， 龙容2， 陈启宏1

  高效性和紧凑性是电动汽车无线充电的两个重要指标，双端LCC补偿网络为无线充电系统提供了一种高效补偿方式，但两个谐振电感导致系统体积和电磁干扰增大，限制了该方法在动态无线充电系统中的使用。为解决该问题，本文提出一种新型集成式电磁耦合机构，将谐振线圈集成到主线圈上，利用3D有限元分析工具ANSYS Maxwell对新型电磁耦合机构进行优化，给出可提供系统高效率的耦合线圈的标准化设计与优化过程。本文在4?8kW动态无线充电实验平台上，对比分析非集成式动态无线充电系统和集成式动态无线充电系统，验证了新型集成式耦合机构在效率、体积、磁场屏蔽方面具有更大优势。