宽禁带器件高频航空变换变流拓扑控制与系统集成

The wide bandgap device has the advantages of high pressure resistance, good thermal stability, fast switching speed and strong resistance to harsh environment, which facilitates the high frequency, high density and reliability of the power electronics device. In the application of aviation, the design method of high temperature, high efficiency and high reliability rectifier system is provided. By studying the structure of rectifier topology, the fault-tolerant control strategy is studied. Combining the driving and protection technology of wide bandgap device, the high efficiency rectifier unit is built. Based on analysis of influence of parallel method on system performance, the intelligent control strategy of redundant system is discussed, and a high performance and high reliability rectifier system is constructed. The contactless distributed power system structure with bi-directional energy transmission is proposed. The maximum efficiency point tracking method of contact energy transfer is analyzed, the stability design of contactless distributed system is analyzed, and the high performance noncontact distributed power system is proposed. The topology and control strategy of ultra-high density planarization and integrated high frequency power unit for pulsalating load are proposed. From the view of both insulation and dissipation of heat to seek the system thermal design theroy, combined with card-type magnetic components designed to achieve ultra-high density, high performance unit for pulsalating load.

宽禁带器件具备耐高压、热稳定性好、开关速度快、耐恶劣环境能力强的优点，这为电力电子变换装置高频化、小型化以及可靠性的提高带来了便利。项目针对其在航空中的应用，提出耐高温、高效率、高可靠的输入电能质量优化的整流器系统的设计方法，通过研究整流拓扑的结构寻求容错控制策略，结合宽禁带器件的驱动、保护技术研究构建高效率整流器单元，分析并联方式对系统性能的影响，以此为基础探讨冗余系统的智能化控制策略，构建高性能、高可靠性的整流系统；提出具备双向能量传输的非接触分布式电源系统架构非接触分布式电源系统方案，提出非接触式能量传递的最大效率点跟踪方法，分析非接触分布式系统的稳定性建立高性能非接触分布式电源系统；提出超高密度的平面化、集成化高频脉冲电源拓扑及控制策略，从隔热和散热两个角度寻求系统热设计方案，结合卡片式磁性元件设计达成超高密度、高性能脉冲负载供电装置。

课题基于SiC在航空电能变换的应用，研究了超宽范围中频整流器系统拓扑与控制机理、双向LLC并联与系统集成设计、脉冲能量负载解耦控制与非接触分布式供电系统关键技术。.在整流器系统拓扑与控制方面：对中频三相系统，建立了Vienna整流器在abc自然坐标系和dq旋转坐标系下的状态平均数学模型，结合数学模型讨论了传统控制策略在三相电压输入不平衡、负载突变以及拓扑故障情况下存在的不足，进而提出新型非线性控制策略，同时基于母线频率和开关频率纹波的分析，提出了母线电容的优化策略以提升功率密度；中频单相PFC电路网侧性能提升关键技术针对CRM Boost PFC变换器的精确模态分析，分别提出了VOT控制方式下对输入电容、开关管非线性电容补偿策略和谐波抑制机理以及COT控制方式下谐波抑制机理，实现了网侧性能的提升，同时在宽输入电压和宽线路频率范围内实现线路频率的快速跟踪，解决线路频率突变带来的查表法不匹配问题，消除输入电流中的尖刺。.双向LLC并联与系统集成设计方面：基于对LLC的模型刻画提出了基于虚拟阻抗的系统并联方案，提出了短延时的双向CAN通信方案提升系统的动、稳态均流；针对DCX的双向并联探讨了谐振参数优化策略，并在上述基础上考虑散热、可靠性因素，提出了均热的方式保证系统的高性能和高可靠性，研究了系统的冗余控制方案。.脉冲能量负载解耦控制与非接触分布式供电系统方面：推导了有源功率解耦脉冲负载单相AC-DC变换器中ASU设计关键表达式，提出考虑相差问题的ASU设计方法，通过功率解耦控制，降低AC-DC整流测电容量，有效提升脉冲负载系统的功率密度；探讨了谐振非接触能量传输系统中谐振线圈的基本结构和电容补偿方式，分析了容性耦合机构的分析模型、逆变桥和整流桥的高频阻抗特性分析和CPT系统的参数优化设计；在上述基础上为了充分利用谐振元件，将感性和容性无线电能传输技术相结合，对混合无线电能传输技术进行了研究，并提出了一种基于并联补偿结构的混合无线电能传输系统。