基于dv/dt参数提取的变流器IGBT驱动自调节技术

绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为轨道交通变流器关键部件,对其驱动的调节可以显著改善dv/dt、开关损耗等影响变流器运行的重要参数。为此提出了一种基于dv/dt参数提取的变流器IGBT驱动自调节技术。首先基于IGBT驱动等效电路建立数学模型,分析了dv/dt、门极电阻、开关损耗三者之间的数学关系。其次以dv/dt参数的限制为主要优化目标,开关损耗的平衡为约束条件,提出一种基于Bang-Bang控制的自调节控制策略从而实现门极电阻主动切换,并在双脉冲测试中整定控制策略重要参数。最后通过有无自调节技术对比试验测试,验证了本技术的有效性。

模块化多电平换流器子模块对地电压分析及其dv/dt抑制方法

模块化多电平换流器在开关过程中,子模块对地电压变化产生的dv/dt对杂散电容充放电形成共模电流,造成严重的传导电磁干扰。文中推导子模块对地电压跳变值与桥臂中子模块位置的关系,分析不同跳变值出现的概率,指出某些位置会出现数倍电容电压(UC)的跳变。为将所有位置子模块的最大对地电压跳变抑制为UC,文中提出一种抑制方法,该方法基于上一控制周期的子模块投切状态、桥臂电流方向、电容电压及当前控制周期需要投入的子模块个数,来确定当前周期的子模块投切状态,并限制两个周期之间子模块投切状态改变的数目为一个或一对,从而达到抑制对地电压跳变的目的。最后通过实验验证子模块对地电压跳变规律及所提方法的有效性。

一种高dV/dt噪声抑制的电平位移电路设计

在半桥栅驱电路中,低压域PWM控制信号需要通过电平位移电路来转换成高边浮动电压域的PWM控制信号,从而打开或关断上桥臂功率管。浮动电源轨的快速浮动会带来dV/dt噪声,影响电平位移电路信号传输的可靠性。文章在电平位移电路中分别设计了防止误关断辅助电路和防止误开启辅助电路。防止误关断辅助电路在上桥臂开启状态下检测到dV/dt噪声后,能够使电平位移电路的输出保持高电平状态,防止上桥臂功率管被误关断;防止误开启辅助电路在上桥臂关断状态下检测到dV/dt噪声后,能够使电平位移电路的输出保持低电平状态,防止上桥臂功率管被误开启。基于0.18μm BCD工艺进行仿真验证,所设计的电平位移电路开通传输延时仅为1.2 ns,具备100 V/ns的dV/dt噪声抑制能力。

一种新颖的用于减小电机终端共模dv/dt的逆变输出滤波器

提出了一种新颖的用于脉冲宽度调制(PWM)驱动系统的逆变器输出滤波器。此滤波器由可调电感和电容组成,可以有效抑制电机终端的共模dv/dt。这个滤波器的优点是电感的数值可以根据载波频率的大小自动进行调节,从而确保滤波效果不受载波频率变化的影响,同时可以减小不同载波频率下电感上的电压降。这种滤波器的使用将有助于延长轴承寿命,增强PWM驱动系统的可靠性。通过理论分析和仿真结果证明了这种滤波器的有效性。

晶闸管的外部dV/dt干扰

发现了一种新型的晶闸管外部dV/dt干扰,指出晶闸管除了传统的内部dV/dt干扰外,还存在一种由外部驱动电路引入的dV/dt干扰。分析了该外部dV/dt干扰产生的基理,并给出了抑制这种干扰的措施。

dV_(ss)/dt触发N阱CMOS器件闩锁失效的研究

从半导体器件物理的角度分析了dVss/dt触发N阱CMOS器件的闩锁失效现象。当瞬时负电压脉冲峰值满足Vss_peak<Vss0(导通临界值约为-0.8V)时,CMOS器件发生闩锁效应。dVss/dt外界触发作用消失后,为了达到稳定闩锁效应状态,存储在寄生PNPN结构中耗尽电容的电荷量Qc要大于Qc0(临界值),需要足够的脉冲宽度和较小的晶体管渡越时间。Silvaco瞬态仿真验证表明,该研究结果可用于改善CMOS集成电路的可靠性设计。

特高压直流输电用晶闸管dv/dt特性试验研究

特高压直流输电(UHVDC)用晶闸管除需通过常规的特性测试外,还必须多次进行多项特殊项目测试,例如极限性的临界电压上升率(dv/dt)和不同dv/dt下的电压转折关系测试。文章论述了一种测试±660 kV特高压直流输电用晶闸管临界电压上升率特性的测试系统。该系统采用计算机自动控制,其数据采集、波形显示以及结果记录均由Labview编写的控制程序完成,安全可靠。

不同因素对IGBT温敏参数dV/dt的影响

结温是IGBT器件的重要状态变量,可在变流器运行过程中通过监测温敏电参数d V/dt获得相关信息。然而实际系统中除温度与电流外,其他因素也可能改变温敏参数d V/dt,从而影响IGBT结温测量的准确性。首先主要研究了不同因素(包括直流电压,门极电阻,杂散电感以及突波吸收电容)对温敏参数d V/dt的影响,并对不同因素与d V/dt的关系进行了理论分析;然后利用双脉冲实验研究了不同因素对1 700 V/450 A的IGBT模块温敏参数d V/dt的影响,并进一步评估其对结温测量的影响。该研究工作对基于d V/dt的IGBT结温测量技术的研发具有一定的参考价值。

亚阈电流对MOS栅控晶闸管dV/dt抗性的影响

针对MOS栅控晶闸管(MCT)在电容储能型脉冲功率系统中,面临高电压变化率(dV/dt)而导致的误开启现象,首次通过实验和仿真研究了亚阈电流对MOS栅控晶闸管dV/dt抗性的影响,分析了亚阈电流对器件dV/dt抗性的影响机制。研究结果表明,亚阈电流的参与是引起器件dV/dt抗性降低的重要原因,这为提高器件dV/dt抗性设计提供了理论指导。

基于Matlab的变频器输出RLC dv/dt滤波器仿真

针对工业变频器驱动感应电机采用长电缆时会产生电压反射的现象,导致感应电机端过电压和高频阻尼振荡的发生,使电机绝缘加速老化,最终造成绝缘击穿等事故的问题,研究了将传输线理论结合电机系统模型分析应用到RLC dv/dt滤波器的详细设计中。首先通过分析长电缆传输时,变频器PWM输出脉冲对电机侧电压的影响,建立了"传输线—滤波器"一体化系统模型,并进行了具体的计算,得出了二阶RLC dv/dt滤波器的基本设计方法,推导出了相应公式以及电缆长度、电缆特性参数、电压反射系数等对滤波器参数的影响,最后用Matlab进行了仿真,并对按照该方法设计的产品进行了模拟实际工况试验测试,将仿真结果与试验数据进行了比较,两者基本吻合。研究结果表明,针对变频器输出dv/dt滤波器的设计,采用该方法具有可行性、有效性和高准确性。

4H-SiC PiN功率二极管dV/dt可靠性机理研究

碳化硅(SiC)功率开关高速和高功率的特点,使其在脉冲功率系统中面临着比硅(Si)器件更严苛的高dV/dt可靠性问题。实验发现高dV/dt应力会导致4H-SiC PiN功率二极管击穿特性永久退化。仿真结果表明:高dV/dt应力下器件终端区与主结交界处存在较强电场集中,致使雪崩提前发生,进而导致局部温度升高造成永久损伤。该电场集中是由于高dV/dt应力下(JTE)区耗尽不充分所致,提出对JTE区进行高浓度补偿掺杂来提高铝(Al)原子的电离率,进而改善脉冲应力下JTE耗尽不充分问题。仿真证明该方法可以有效降低脉冲应力下主结边缘处的电场集中,6×10^(20)cm^(-3)的磷(P)原子补偿掺杂使得器件的抗dV/dt能力提升约30%,而静态特性不受影响。该研究为提升JTE终端SiC功率器件dV/dt可靠性提供了思路。

变频调速装置dv/dt滤波器设计

电力推进系统中采用变频调速装置供电时,PWM逆变器直接驱动电机会产生较高dv/dt电压,特别是当逆变器通过长线电缆与电机连接时,由于电缆中分布参数的影响,会在电机端产生电压反射现象,从而在电机端产生两倍以上的过电压,加速电动机绝缘老化,缩短使用寿命。本文在理论分析的基础上,提出了H桥逆变器、全桥逆变器dv/dt滤波器的设计方法,给出了设计实例,仿真与试验结果验证了设计方法正确性与有效性。

关于半桥电路中抗dV/dt噪声干扰的安全工作区分析及其解决方案

作为电机驱动电路的智能功率模块(IPM)正变得越来越重要,但是越来越快的开关速度,可能会引起IPM模块中的IGBT的误触发。另外,过高的dV/dt也会在IGBT关断状态下产生雪崩击穿。本文结合半桥电路的寄生参数模型,完善传统公式的推导。基于对公式与IGBT擎住现象的分析,并结合IGBT的安全工作区提出了一种根据dv/dt的大小来动态扩展IGBT安全工作区的电路结构,改善了传统半桥电路工作时的可靠性。

Vishay的新型光敏可控硅器件具高于5kV／μS的dV／dt

日前，Vishay Intertechnology，Inc．宣布推出新的光敏可控硅器件系列，该系列光敏可控硅器件具有低于其他供应商产品的1．6mA触发器，以及高于5kV／μs的静态dV／dt。采用6引脚DIP封装的新型过零（ZC）及非过零（NZC）光敏可控硅耦合器可在工业应用中切换交流电负载以及驱动更大的SCR或TRIAC。

基于有源箝位的功率器件串联均压技术

功率器件串联的关键技术挑战是如何实现串联器件的动、静态均压。提出一种基于有源箝位的器件串联均压电路及其控制方法。所述均压电路仅由1个辅助开关管和1个箝位电容串联而成,该电路与各主功率管并联。主功率管的关断电压可自动被箝位电容电压箝位,从而将器件串联均压问题转化为各箝位电容电压均衡问题。提出了一种箝位电容均压方法,利用负向电流回收箝位电容电能,并能保证辅助开关管实现零电压开通。所提均压技术具有结构简单、损耗低、模块化等优点。此外,通过调整箝位电容放电时间差异,形成阶梯型桥臂电压,以减小桥臂电压的瞬时变化率dv/dt。搭建一台3 kV/750 V 30 kW谐振型直流变压器样机,每个桥臂采用6个SiC MOSFET串联。实验结果表明所提均压方法在各个工况下均能实现串联器件的动、静态均压,不均压度小于3%,且在3kV输入电压下峰值效率达98.4%。

能量回馈型大容量高频变压器典型服役工况试验平台

大容量高频变压器运行工况复杂,端口电压、电流波形多变,对其进行典型服役工况下的性能测试与评估比较困难。为此提出一种大容量高频变压器试验平台,其由十二脉波可控整流电路、双向DC-DC变换器BDC1、双向DC-DC变换器BDC2构成。BDC1通过多模块串联组合,在变压器端口产生高频、高幅值以及占空比可调的高压方波;此外,提出一种通过调节模块间的移相角实现多种dv/dt(电压上升率)输出的控制方法,用于大容量高频变压器典型服役工况模拟试验。BDC2用于实现能量回馈,显著减小试验平台运行时电能消耗,降低对电网供电容量的需求。在PSIM中搭建由6个模块组成的1.5 MW仿真平台,其待测高频变压器可以实现6 kV/20 kHz的高频方波输出与阶梯电压为1 kV的阶梯波输出,为后续试验平台搭建奠定理论基础。

dU/dt引发的MOSFET误导通分析

分析了MOSFET误导通产生的原因,分别从原理和理论推导两个方面作了分析,主要考虑了开关管中寄生参数对开关特性的影响。通过求解误导通发生的条件,得到哪些参数会导致误触发,最后给出了仿真。文中还提出如何避免MOSFET误导通产生,以及改进方法,对减少实际应用中MOSFET破坏性损坏有一定意义。

提高晶闸管di/dt能力的研究

从di／dt损坏机制，定量公式入手，分析了国内外有关di／dt的著作、文章，研究了提高晶闸管器件di／dt能力的各种有效方法，给出了一个常规新设计及其研究成果。