cmos构成的逆变器

光伏逆变器的系统成本

       在光伏逆变器中运用新型SiCBJT可实现更低的系统成本。

       最近，碳化硅(SiC)的使用为BJT赋予了新的生命，生产出一款可实现更高功率密度、更低系统成本且设计更简易的器件。SiCBJT运用在光伏电源转换器中时，可实现良好效率，并且(也许更重要的是)能够使用更小、更便宜的元件，从而在系统级别上显著降低成本。

       在过去30多年中，诸如MOSFET和IGBT之类的CMOS替代产品在大多数电源设计中逐渐取代基于硅的BJT，但是今天，基于碳化硅的新技术为BJT赋予了新的意义，特别是在高压应用中。

       碳化硅布局以同等或更低的损耗实现更高的开关频率，并且在相同形状因数的情况下可产生更高的输出功率。运用了SiCBJT的设计也将使用一个更小的电感，并且使成本显著降低。虽然运用碳化硅工艺生产的BJT相较于仅基于硅的BJT会更昂贵，但是使用SiC技术的优势在于可在其它方面节省设计成本，从而实现更低的整体成本。本文介绍的升压转换器设计用于光伏转换阶段，其充分利用SiCBJT的优势，在显著降低系统成本的同时可实现良好的效率。

       碳化硅的优势

       基于硅的BJT在高压应用中失宠有几方面原因。首先，SiBJT中的低电流增益会形成高驱动损耗，并且随着额定电流的增加，损耗变得更糟。双极运行也会导致更高的开关损耗，并且在器件内产生高动态电阻。可靠性也是一个问题。在正向偏压模式下运行器件，可能会在器件中形成具有高电流集中的局部过温，这可能导致器件发生故障。此外，电感负载切换过程中出现的电压和电流应力，可能会导致电场应力超出漂移区，从而导致反向偏压击穿。这会严格限制反向安全工作区(RSOA)，意味着基于硅的BJT将不具有短路能力。

       在运用碳化硅的新型BJT中不存在同样的问题。与硅相比，碳化硅支持的能带间隙是其三倍，可产生更大的电流增益，以及更低的驱动损耗，因此BJT的效率更高。碳化硅的击穿电场强度是硅的10倍，因此器件不太容易受到热击穿影响，并且要可靠得多。碳化硅在更高的温度下表现更出色，因此应用范围更为广泛，甚至包括汽车环境。

       从成本角度而言，碳化硅的高开关频率在硬件级可实现成本节约。虽然相较于基于纯硅，基于碳化硅的BJT更昂贵，但SiC工艺的高功率密度将会转换为更高的芯片利用率，并且支持使用更小的散热器和更小的过滤器元件。从长远来看，使用更昂贵的碳化硅BJT实际上更省钱，因为整体系统的生产成本更低。我们设计的升压转换器就是一个例子。它设计用于额定功率为17千瓦的光伏系统中，具有600伏的输出电压，输入范围为400到530V。

       管理效率

       BJT的驱动器电路能够减少损耗和提高系统效率。驱动器做了两件事：对器件电容迅速充放电，实现快速开关;确保连续提供基极电流，使晶体管在导通状态中保持饱和状态。

       为了支持动态操作，15V的驱动器电源电压引起更快的瞬态变化，并提高性能。SiCBJT的阈值电压约为3V。通常情况下无需使用负极驱动电压或米勒钳位来提高抗扰度。

       SiCBJT是一个“常关型”器件，并且仅在持续提供基极电流时激活。选择静态操作的基极电流值会涉及到传导损耗和驱动损耗间的折衷平衡。尽管有较高的增益值(因此会形成较低的基极电流)，驱动损耗对SiCBJT仍非常重要，由于SiC布局具有较宽能带间隙，因此必须在基极和发射极间提供一个更高的正向电压。将基极电流增加一倍，从0.5A增加到1A，仅降低正向等效电阻10%，因此需要降低传导损耗，同时使饱和度转变为较高水平。这是我们设计升压转换器的一个重要考虑因素，因为它会在更高的电流纹波下运行。1A的基极电流会使开关能力增加至40A

       静态驱动损耗是选定驱动电压和输入电压的一个函数(间接表示占空比值)。实现高开关速度需要15V的驱动电压，产生约8W的损耗，主要集中在基极电阻上。为了弥补这方面的损耗，对于动态和静态操作，我们通常使用两个单独的电源电压。图1提供了示意图。高压驱动器的控制信号会“中断”，因此它仅在开关瞬态期间使能。静态驱动阶段使用较低电压，从而可以降低静态损耗，并在整个导通期间保持激活状态。

       图1.使用两个电源电压降低损耗

       减小滤波器的尺寸

       在更高的开关频率下运行，可降低无源元件的成本。为了进一步提高功率密度，我们着眼于改善滤波器电感的方法。在评估了各种核心材料的能力后，我们选择了一种使用Vitroperm500F(一种薄夹层式纳米晶体材料)制成的新型磁芯材料。该材料产生的损耗低，且在高频率下运转良好。此外也可在高饱和磁通值下运行，这意味着该材料比类似的铁氧体磁芯(图2右侧)要小得多。使用Virtoperm磁芯构成的滤波电感器，约为参照系统的四分之一大小。

       图2显示了在最大电流纹波(40%)下对于不同材料将电感器尺寸作为开关频率函数的因素。在此，我们假设电感量近似为电感值，而这又取决于峰值磁通密度和开关频率。在达到指定的临界点(在100mW/cm时定义的特定损耗3)后，需要降低峰值磁通量以避免过热，从而在该点之外运行将不会导致其大小显著减小。频率一定时，Vitroperm500F可在所有材料中实现最佳性能。

       图2.用作频率函数的不同芯材的电感器大小，以及与Vitroperm和铁氧体磁芯的大小比较

       图3显示了测得的效率级，包括采用两阶段解决方案的驱动损耗。根据计算得出的损耗分布如下图曲线所示。该系统可以在没有达到临界温度或饱和度的情况下达到高电流负载。该两阶段驱动解决方案会将驱动损耗降低至输入功率的0.02%左右。整体损耗更低使得所需的散热片尺寸减小，且更高的开关频率允许使用更小的过滤器元件。所有这些特性最终有助于降低系统成本。

       图3.48kHz时的效率和驱动损耗，以及原型图

为什么电机的霍尔容易损坏？

       电机的霍尔容易损坏是因为电机霍耳传感器芯片的抗静电能力差。无刷电机是通过霍尔检测出绕组实时运转位置的信号，再通过微处理器或专用芯片对采集的信号进行处理 ，并实时控制相应的驱动电路对电机绕组进行控制。

       市面上流行的电机霍耳传感器芯片中用CMOS工艺生产的抗静电能力较差，如果电机生产线上没有特别的防静电设施，霍耳传感器很容易受到静电损伤，通常这种损伤在霍耳传感器仍然能够工作时无法检测出来，但是寿命已经大大减小，尤其是在高温或潮湿环境下。

       

扩展资料

       电动车行业内使用的无刷电机，普遍采用有位置传感器无刷电机。旋转180°，线圈不动，霍耳元件感应到S极磁场，此时P1与R2截止，P2与R1导通，可以看到电流i从电池正极经过R1、线圈、P2流到电池负极。通电线圈中的A点的电流i方向是指向接线头的方向，磁钢受到线圈的反作用力，一样产生向逆时针方向的旋转力矩。

       霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流 I 的输入端，另两根是霍尔电压的输出端。如果两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流。

       电流传感器必须根据被测电流的额定有效值适当选用不同的规格的产品。被测电流长时间超额，会损坏末极功放管（指磁补偿式），一般情况下，2倍的过载电流持续时间不得超过1分钟。当被测电压高于电压传感器的额定值时，应重新调整限流电阻。

       

参考资料：

百度百科-电动车电机

       

参考资料：

百度百科-霍尔传感器

设计一个半加器电路，要求用与非门实现

       该半加法器采用异或门（74LS86）和双非门、双片74LS00和双非门实现。

       最基本的逻辑关系是和、或、和，而最基本的逻辑门是和、或门与非门。逻辑门可以由电阻、电容、二极管、三极管等分立元件组成。也可以在同一半导体衬底上制造门电路的所有元件和连接线，以形成集成的逻辑门电路。

扩展资料：

       简单的逻辑门可以由晶体管组成。这些晶体管的组合允许代表这两种信号的高电平和低电平通过它们产生高电平或低电平信号。高电平和低电平可以分别在逻辑上表示“真”和“假”，在二进制中表示“1”和“0”，从而实现逻辑操作。常见的逻辑闸包括“和”闸、“或”闸、“非”闸、“异或”闸（也称为互斥或）等等。

       逻辑门是数字系统的基本结构，通常组合使用以实现更复杂的逻辑操作。有些制造商使用逻辑门组合来生产一些实用的、小型的集成产品，如可编程逻辑器件。

       这个函数代表了数字电路中理想开关性能的假设，但在实际的逆变器设计中，组件的电气特性需要特别注意。事实上，CMOS逆变器的非理想过渡区性能使其在模拟电路中用作A类功率放大器（例如，作为运算放大器的输出级）。

       

参考资料：

百度百科--逻辑门电路

光伏并网逆变器怎样提高效率，（从开发者的角度去思考）

       电源: 待机时采用降频技术.减小启动电流.

       电感: 采用非晶磁材.

       电容: 采用薄膜电容.

       Boost: 采用零电压开启软开关.

       IGBT: 低Rds(on),低Q.

       二极管: 快恢,低导通电压.

       补充：

       单相拓扑：采用H5,H6，H7，H4+2,(指并网型)

       三相拓扑：采用三电平。

       直流DC-link电容的均压：采用动态均压方法（而不是电阻均压)。电容的损耗与纹波密切相关。与电容本身的损耗角也有关。一般是日本的三个CON的品质较好，应用最多。

       数字IC: 高速CMOS,不用TTL型。

       Boost:采用软开，软关电路。

       IGBT：注意散热。和驱动方法，驱动电压高，CE极的导通压降就低一些。与散热绝缘膜的散热系统也有关系。

       继电器：可以采用PWM驱动，如1KHz。也可是半压维持。以减小功率。

       通信：注意光耦的频率与限流电路。限流电阻阻率稍大，可减小功率。

       磁芯：采用进口的非晶，MPP等。如日立，VAC。

       LED：采用高亮型。

       显示屏：背光亮度调小。或为可调型。

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