[发明专利]采用宽禁带器件与硅基器件的电流纹波补偿电路及方法

说明书

本发明公开了采用宽禁带器件与硅基器件的电流纹波补偿电路及方法，属于电力电子技术领域。包括：以硅基器件作为开关管的功率干路实现大功率变流；以宽禁带器件作为开关管的补偿支路实现电流纹波补偿；所述大功率变流干路工作在低频状态；其中所述电流纹波补偿支路工作在高频状态；所述功率干路和补偿支路呈并联状态；高频补偿支路补偿低频干路电流纹波，电压反馈值与参考值之间的误差经过电压控制器G_vc，获得参考电流值I_ref。补偿电路在发挥硅基器件与宽禁带器件各自器件优势的同时，实现高频支路对低频支路电流纹波的补偿，降低总成本与开关管的导通损耗。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及采用宽禁带器件与硅基器件的电流纹波补偿电路及方法。

背景技术

随着电力电子不断向着高频化，大功率方向发展，硅基半导体器件已经达到了材料自身特性的理论极限，传统的硅基器件的性能不能满足于电力电子行业的需求，严重限制了电力电子行业的发展。以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表第三代宽禁带半导体在上个世纪90年代在制造工艺上有所突破，至今制造技术也愈发成熟。如今，以碳化硅和氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体已经成为电力电子行业最为关注的开关器件。但在新型开关器件带来诸多便利的同时也带来巨大挑战，虽然宽禁带半导体发展至今已有20多年制造工艺不断完善，但相较于传统硅基器件，SiC和GaN高昂的价格仍然是阻碍其在开关电源行业得到广泛应用的重要因素之一。

功率器件的开关行为会导致功率变换器输出包含开关纹波成分，它会恶化输出电能质量，甚至引起电磁兼容问题。现有解决方法有：

(1)优化设计输出滤波器，通过降低输出滤波器的带宽或使用高阶滤波器可以有效抑制开关纹波，但这会增加滤波器体积或给控制器的设计带来困难。

(2)提高开关频率可以增加输出开关纹波的频率，从而间接提高滤波器的纹波抑制效果。但提高开关频率会增加系统的开关损耗，降低系统效率。

(3)主动纹波抑制方法是指使用额外的主动电路来补偿开关纹波的技术在确定高低频开关频率前提下，计算低频纹波电流，通过把纹波电流平均分到高频开关周期内并计算对应的占空比，实现对低频支路的电流纹波补偿。其高频补偿支路采用线性控制策略，控制带宽较高，因此容易受到扰动的影响，在实践中控制环路稳定性较差。

发明内容

为了解决相关技术中的DCDC功率变换器器开关损耗较大以及目前因宽禁带器件价格较高导致宽禁带器件未能普及应用和功率器件包含开关纹波成分的问题。本发明提供了一种宽禁带器件与硅基器件混搭的DCDC功率变换器电流纹波补偿电路及补偿方法，采用小容量的宽禁带器件达到近似于大容量宽禁带器件类似的产品性能，从而降低成本，提高功率变换器的效率，推进小容量的宽禁带器件得到更广泛的应用。

采用宽禁带器件与硅基器件混搭的DCDC电流纹波补偿电路，包括：以硅基器件作为开关管的功率干路实现大功率变流；以宽禁带器件作为开关管的补偿支路实现电流纹波补偿；所述大功率变流干路工作在低频状态；其中所述电流纹波补偿支路工作在高频状态；所述功率干路和补偿支路呈并联状态；高频补偿支路补偿低频干路电流纹波。

进一步的，所述的多路开关并联为双路开关并联，三路开关并联，四路开关并联。

进一步的，所述的电路纹波补偿电路为升压型电路(Boost)、降压型电路 (Buck)、升降压型电路(Buck－Boost)、正激型电路(Forward)、反激型电路(Flyback)。

进一步的，所述的硅基器件为IGBT或者MOSFET，所述的宽禁带器件为SiC、 GaN、GaAs、AiN。

进一步的，所述的DCDC功率变换电路为隔离型电路或者非隔离型电路。