基于串联IGBT关断延时的门极补偿均压策略

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的串联在高电压开关快速切换过程中有着重要的应用。IGBT串联的核心问题是器件的均压。研究表明IGBT关断时间不一致是造成串联器件电压不均衡的主要原因。此处基于控制驱动电路板,提取IGBT关断不一致的延迟时间,给予门极信号控制电平对时间延迟进行补偿,改善均压效果,且根据延迟时间控制门极信号,使串联IGBT关断过程达到均压的效果。此处详细阐述了补偿过程,通过实验验证该方法的实际均压效果。

Si/SiC混合开关最优门极延时及其在逆变器中的应用

由大电流硅绝缘栅双极型晶体管(Silicon Insulated-Gate Bipolar Transistor,Si IGBT)和小电流碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Silicon Carbon Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,SiC MOSFET)并联构成的Si/SiC混合开关具有低成本、高效率的特点. Si/SiC混合开关门极关断延时的控制是提高混合开关效率的关键因素.本文首先研究了在不同工作电流下Si/SiC混合开关关断损耗随门极关断延时的变化,结果表明,Si/SiC混合开关有一个最优的关断延时,此时混合开关的关断损耗最低,并且最优门极关断延时随混合开关工作电流的增大而减小.将所得到的Si/SiC混合开关最优门极关断延时应用在单相全桥逆变器中,实验结果表明,逆变器的转换效率比同等条件下固定关断延时的最高转换效率提高了0.67%.

两种新颖的准谐振型电流陡脉冲整形电路

为了减小瞬变电磁发射机电流脉冲关断延时、提高下降沿线性度、改善电流正负下降沿波形一致性,提出耗能型、馈能型两种准谐振型电流陡脉冲整形电路。推导关断延时、下降沿线性度与整形电路元件参数、供电电压、电压应力的关系,提出电路参数优化计算数学模型。通过与RCD电路的对比分析、软件仿真和实验,结果表明两种整形电路关断延时小,线性度较好,电流无过冲现象,并具有与供电电压无关的特性。其中馈能型整形电路具有上升沿提升能力,耗能型整形电路具有关断延时更小的特点,适合大电感负载情况下产生稳定的、精准的电流陡脉冲,目前耗能型整形电路已在瞬变电磁发射机中得到成功应用。

三电平逆变器死区补偿策略研究

为了避免桥臂直通带来的危害,必须在PWM驱动脉冲中加入死区时间。在电压型逆变器低频和轻载运行时,死区效应将导致输出电压和电流的畸变。针对三电平逆变器,根据伏秒等效原理和输出电流极性,提出一种新型的死区补偿策略,既补偿了死区时间、功率器件的开通和关断延时,又考虑了管压降带来的死区效应。基于DSP与CPLD,构建三电平逆变器硬件平台,在一台30kW三相异步电机上完成了相关实验,并通过李萨如图对输出电流波形进行分析。实验结果验证了该方法可以有效的改善输出电流波形,并补偿了由死区效应所造成的输出电压损失,提高了系统低频运行的性能。

瞬变电磁法高动态电流陡脉冲发射电路研究

瞬变电磁法(transient electromagnetic method,TEM)要求激励脉冲电流下降沿高度线性、稳定,并具有关断延时短、无电流过冲和良好的正负向一致性等特点,全桥电路可用于产生双极性电流脉冲,但在母线电压低、负载电感量大、回路电阻小的情况下,脉冲的前后沿波形形状难以满足瞬变电磁法要求。提出恒压钳位电流陡脉冲发射电路,讨论了电路参数计算、能量回馈和损耗等问题,采用仿真和实验方法,与改进RCD缓冲器、电感能量衰减器(inductance energy decay device,IEDD)和准谐振发射电路作了对比分析。结果表明,推荐电路关断延时短,下降沿线性度高且斜率可调,电路参数最优解与负载、电源和输出电流不相关,改善了上升沿波形,减小了能量损耗。讨论阻断二极管位置对关断性能的影响并提出了在不同输出功率情况下的推荐方案。

瞬变电磁发射机中的电流脉冲整形技术

如何在大功率、大电感情况下实现电流脉冲短关断延时和下降沿高线性度是瞬变电磁发射机的关键问题。文中讨论了常规吸收电路对脉冲下降沿线性度、关断延时、电压应力等方面产生的影响,计算了电路参数最优解,提出了一种准谐振型吸收电路,分析了电路参数与关断延时、下降沿线性度的关系,运用Matlab和PSim进行了计算和仿真分析。实验证明,推荐电路具有关断延时短、正负脉冲一致性好、无过冲现象等特点,适宜于TEM发射机的负载能量吸收电路。

瞬变电磁发射机的无源恒压钳位技术

传统的准谐振和电压源恒压钳位方法可以使电流关断延时减小,电流下降线性度变好。但其控制电路比较复杂,且均引入了电容,容易和线圈发生谐振而使电流下降沿两端的抖动加剧。为此提出了用TVS和SIDAC器件来实现无源恒压钳位电路。这样不仅可以使电路简单,而且由于2种器件的结电容较小,电流下降沿两端的抖动也较小。对2种器件来实现恒压钳位电路进行了分析,表明2种器件设计的电路均能满足恒压钳位的要求。实验结果表明:无源恒压钳位方法可以使电流下降线性度好,下降沿两端抖动小,且电路较为简单。

开通脉宽对功率半导体器件双脉冲测试的影响

为更好地开展功率半导体器件的双脉冲测试,文章系统性地研究了开通脉宽对功率半导体器件双脉冲测试的影响。通过理论分析结合仿真验证的方式分别研究了IGBT器件和MOSFET器件开关特性与开通脉宽之间的关系,研究发现,IGBT器件和MOSFET器件都会受到关断延时电流偏差和测量自热效应的影响:如果开通脉宽太小,关断延时电流偏差会影响双脉冲测试结果;如果开通脉宽太大,测量自热效应会显著影响双脉冲测试结果;同时,当开通脉宽太小时,IGBT器件的双脉冲测试结果还会额外受到非稳态开关效应影响,而非稳态开关效应会导致测试波形振荡严重,可能损坏器件,但MOSFET器件不会受到非稳态开关效应的影响。研究结果表明,IGBT器件和MOSFET器件都存在一个合理的开通脉宽(或负载电感电感值)范围,在该范围内器件的开关特性几乎不受开通脉宽的影响,而上限临界脉宽建议通过产品手册的热阻抗曲线进行估算,下限临界脉宽建议通过双脉冲实测的方式来确认。

路灯自动控制开关电路的研究

介绍了户外和户内２种路灯的自动控制开关电路。户外路灯开关，主要是根据室外光线的强弱使路灯自动熄灭和点亮。户内路灯开关，介绍的是路灯手动点亮后能自动延时熄灭。笔者经过多次试验。两种开关都具有工作可靠、性能稳定、电路简单、成本低廉等优点。

有源恒压钳位瞬变电磁发射机技术

针对瞬变电磁系统发射机对大电流、短关断延时、高线性度的技术要求,论文提出一种新颖的基于BOOST升压原理的有源恒压钳位瞬变电磁发射机电路,详细论述了恒压钳位原理和电路设计方法,重点分析了发射电流下降沿及上升沿恒压钳位动态过程、电路参数计算以及钳位电压恒定原理.研制完成钳位电压500 V,发射电流峰值50 A,发射波形为双极性方波的瞬变电磁发射机,并通过一系列测试实验进行验证.测试结果表明,在大电流发射及感性负载条件下,论文提出的有源恒压钳位方法成功实现了电流下降沿快速、线性关断,从而有效提高了发射电流波形质量及瞬变电磁系统对地下目标的探测能力.