并联IGBT占空比的温度特性建模与分析

并联IGBT是解决托卡马克(Tokamak)装置中等离子体垂直位移快速控制电源容量逐渐增大问题的有效途径。而并联IGBT之间的结温平衡是并联系统安全稳定运行的关键因素之一。因此,研究结温对并联IGBT功率损耗差异的影响对提高并联系统的稳定性至关重要。然而现有的研究成果主要集中在单个器件损耗模型或者是并联IGBT的最佳工作频率范围而未涉及对并联IGBT最佳工作占空比范围的讨论。研究发现,当IGBT工作在正温度系数区间时,结温差异造成的通态损耗差异与开关损耗差异呈不同的温度特性。因此,提出零温度-占空比的概念来估计并联IGBT之间结温失配趋势。该文建立零温度-占空比模型,并以此来分析电路设计参数、IGBT器件参数以及结温差异对并联IGBT最佳工作占空比范围的影响。实验结果表明,通过零温度-占空比模型可以对并联IGBT的可靠性、电路设计参数以及器件选型提供可行的参考。

IGBT并联应用均流控制技术综述

绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated-gate bipolar transistor)在现代电力电子技术中应用广泛,在某些单个器件性能达不到设计要求的工作场合,IGBT的并联使用成为一种经济可行的方法。多模块IGBT并联应用可以简化电路结构,增大变流器输出功率,提高装置功率密度。IGBT并联应用过程中,器件本体的动、静态特性及结温的差异,驱动电路结构及功率回路不对称性,伴随IGBT长期使用出现的老化或失效等问题,都会引起并联IGBT支路电流的不均衡,影响系统的可靠性和稳定性。对国内外IGBT并联应用所关注的研究热点进行了调研分析,总结了IGBT并联动、静态电流不均衡产生的原理及影响,分析了电流均衡控制原理的差异。从功率回路均流控制和驱动回路均流控制两个方面,对IGBT并联应用均流控制的工作特性进行了分析总结和技术对比,并对IGBT并联均流技术的发展方向进行了展望。

逆导型IGBT电压回跳现象在电路应用中的影响分析

逆导型IGBT(RC-IGBT)是一种新型功率半导体器件,实现了IGBT和续流二极管的片内集成,具有体积小、成本低、功率密度高、正温度系数、良好的功率循环能力和关断特性等诸多优势。RC-IGBT正向导通时存在电压回跳现象,建立物理模型详细分析其产生机理及影响因素,得出了缓冲层掺杂浓度是决定回跳电压大小的重要因素。进一步通过控制变量法,利用TCAD仿真软件,从导通特性、并联均流特性和开关特性三个方面详细测试,分析了具有不同程度回跳现象的RC-IGBT在实际电路应用中的影响。通过合理的参数选择,可将回跳电压控制在可接受的范围内,并提高了器件的综合性能,为RC-IGBT设计优化和实际应用提供了有价值的参考和理论指导。

基于对偶原理的IGBT并联均流缓冲电路研究

多个绝缘栅双极型晶体管(insulategatebipolar transistor,IGBT)并联是大功率电力电子应用领域提高设备电流等级的一条重要途径,而实现IGBT之间的并联均流则是保证其安全稳定运行的关键。文章在对IGBT串联均压缓冲机理研究的基础上,从在IGBT两端并联电容可降低电压变化率的原理出发,推断出可通过串联电感来抑制IGBT电流的变化,进而应用对偶原理构建出一类基于串联电感的并联均流缓冲电路及其改进型拓扑。结合模态图从理论上分析新型缓冲电路工作原理,发现所提出IGBT并联均流缓冲电路具备结构简单、易于实现的优点,还兼具静态和动态均流效果。仿真和实验表明所提出方法可以有效抑制过电流,降低电流不均衡度。

IGBT并联直接栅极驱动中射极环流分析

随着新能源产业大发展,高压大功率电力电子设备中常使用IGBT器件。由于IGBT器件、封装技术的限制,常用的IGBT模块的功率容量不能做到很高,大容量的变流器设备常使用IGBT模块的并联。IGBT模块并联时常使用栅极驱动器直接并联,由于驱动回路、IGBT的不一致性,会在驱动回路和功率回路会耦合形成驱动的射极环流,影响并联的均流效果和驱动的可靠性。分析了射极环流形成的原因,通过简化模型,定性解析给出了射极环流形成的过程、输出电感对动态均流的影响。使用saber仿真软件搭建仿真电路,仿真表明射极Re电阻能够抑制射极环流,形成负反馈机制减弱动态不均流,输出交流电感增大可以抑制开关暂态的不均流,最后通过实际试验,验证了仿真的正确性,给工程中设计IGBT并联的功率模块的均流设计提供了设计参考。

大功率IGBT并联运行时均流问题研究

绝缘栅双极晶体管(IGBT)的并联运行能够承受更高的负载电流,但同时也带来了动、静态的均流问题。从理论上分析认为导致动、静态不均流的主要因素是器件的饱和导通压降Uce(sat)不同引起的。提出了IGBT并联均流的措施,指出了构建IGBT并联电路的要点,以及应用栅极电阻补偿法进行均流,仿真分析验证了提出的方法措施可行。

基于IGBT并联技术的大功率PEBB模块研制

为了扩大电力电子装置的输出容量,可以对IGBT器件或者电力电子线路进行并联。前者在对功率密度、性价比要求较高的环境,如电动汽车、舰船和飞机上更为实用。在回顾前人对绝缘栅双极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistorI,GBT)并联技术研究的基础上,解释了正温度系数IGBT适合并联的原因,总结了并联使用时的基本原则,然后提出了并联使用时的通用性评价指标。在此基础上,将电力电子积木(PowerElectronicsBuildingBlock,PEBB)的设计理念应用在IGBT模块并联中,构建了一个输出电流可以达到1.2kA,容量为1.4MW的PEBB模块。试验证明,提出的并联评价指标具有很强的可操作性,设计的PEBB模块也具有很强的实用性和很高的性价比。

大功率IGBT模块并联均流问题研究

介绍了IGBT扩容的并联方法,分析了导致IGBT模块并联运行时不均流的各种因素,提出了相应的解决措施,并进行了仿真分析和实验验证。

应用于大容量变换器的IGBT并联技术

为了大电流应用和节约成本,在大容量变换器中往往会并联使用开关器件。针对IGBT并联应用的静态均流、动态均流问题进行了理论分析和实验研究。同时,重点分析了热不平衡对器件并联应用的影响,进行了相关实验,本文提出了一种基于调节门极电压和门极电阻实现均流控制的门极驱动主动控制电路。基于对两只IGBT并联的研究,最终实现了四只IGBT并联应用,总输出电流超过2kA,并将研究结果有效地应用到一台实际的315kW、380V变频器样机中。

基于电路拓扑的IGBT并联均流方法

随着市场对大功率电力电子变流器需求的与日俱增,绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar tran-sistors,IGBT)的并联技术已成为大功率设计应用的解决方案之一。针对现有的一些解决IGBT并联均流措施存在的问题,在详细分析外加电感对动静态均流影响的基础上,提出了一种基于电路拓扑的两电平电路中的IGBT并联均流方法,该方法需要添加1个额外的直流侧二极管和2个μH级的电感,降低了开关的开通损耗,不需要设置死区,且短路保护实现容易。同时,针对该方法带来的IGBT关断过电压第2尖峰抬高的问题,提出了一种改进的电路拓扑结构,利用额外的电容-二极管-电容(CDC)网络来解决IGBT关断过电压的第2尖峰抬高的问题。试验结果表明了该种方法的正确性、有效性和可行性,为大功率电力电子变流器的扩容提供了较理想的选择方案。

大功率IGBT模块并联动态均流研究

绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)的并联组合作为电感储能型脉冲功率系统中的主断路开关,就会在关断大电流时出现各并联模块的动态不均流现象。工程应用中,各IGBT模块门极驱动信号的不同步是导致该不均流的主要原因。文章分别就栅极电阻补偿法和脉冲变压器法对驱动信号的同步性补偿作用进行了理论研究和两个IGBT模块并联均流的实验验证,结果表明两种方法均可以达到很好的动态均流效果。然后在对比分析两种方法的基础上提出了利用脉冲变压器级联可以实现多个IGBT模块并联驱动信号的补偿,通过计算机辅助设计软件PSPICE仿真验证了该方法在三个IGBT模块并联使用时的有效性。

适用于复杂电路分析的IGBT模型

推出一种适用于复杂电路仿真分析的绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模型。模型分阶段模拟IGBT的开关瞬态过程,并采用曲线拟合的方式实现对IGBT稳态特性的建模。模型具有计算速度快、参数提取容易、物理概念明确的特点。描述模型的等效原理、构成和参数提取过程,并在PSIM软件包下建立其等效电路。以FF300R12ME3型IGBT为例给出了模型参数,并将模型应用于IGBT的开关特性分析、缓冲吸收电路设计以及IGBT的并联运行分析。仿真和实验结果对比证明了该模型的有效性。

IGBT动态串并联驱动信号补偿的研究

为解决多个IGBT的串并联问题以实现单管IGBT在高电压、大电流场合的应用,在研究了各种IGBT串并联的直接主动控制和间接被动控制方法后分析了IGBT串并联发生动态不均压均流的原因,明确了驱动信号的同时工作是可靠地实现控制方法的关键。结合工程实际的应用,采用一个高频脉冲变压器KCB-02A1来补偿IG-BT门极驱动信号,由电路基本理论推导出该脉冲变压器的参数选取原则;然后运用计算机辅助设计软件PSPICE仿真验证了该方法在IGBT串联动态均压中的有效性;最后通过搭建实验电路验证了该方法能实现并联动态均流的驱动信号补偿,从而能整体实现IGBT串并联的动态实用性,给工程实用中的IGBT动态串并联运行提供了一种可行的方法。

大功率IGBT模块及驱动电路综述

绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为电力电子设备中的核心器件,其应用场合越来越广泛,例如机车牵引,高压直流输电。这不仅对IGBT模块的性能提出了更严苛的挑战,同时也对IGBT的驱动保护电路提出了更高的要求。首先介绍了高压IGBT模块最新技术成果和发展趋势。其次,根据控制方式,对现阶段IGBT驱动电路以及串并联技术进行了总结分类。详细分析了各类驱动电路的工作原理和优缺点,给出了相应驱动电路的典型开关波形图。最后,对IGBT驱动电路未来的发展方向进行了展望。

大功率IGBT模块并联均流特性研究

大功率IGBT并联运行能够承受更高的负载电流,但是大功率IGBT并联设计时需要考虑静、动态均流问题。PSpice仿真分析表明,影响静态均流的主要因素是IGBT模块的饱和导通压降和集电极、发射极引线的等值电阻;影响动态均流的主要因素涉及驱动电路、IGBT器件参数和主电路布局。提出了IGBT并联均流的措施,分析了IGBT并联电路设计的关键点,并通过仿真分析验证了所提出方法的可行性。

基于IGBT的短路试验开关的仿真研究

本文针对抗短路试验中传统机械开关合闸时间分散性较大的情况,提出用IGBT作为试验开关的解决方案。分析了以IGBT模块为基础的全控开关在交流应用中可能出现的电流不平衡问题。Matlab/Simulink仿真验证了串联电阻对并联IGBT模块的均流具有显著效果。IGBT作为无触点式开关,具有开关速度快的特点,应用IGBT作为抗短路试验开关,可以满足相关标准对抗短路试验严格的相位控制和时间要求。

并联IGBT的散热有限元计算分析及试验研究

为了了解并验证在恶劣工作环境下IGBT的结温,对并联运行的IGBT的散热系统进行了适当的模型简化,基于有限元软件ANSYS的模拟计算,求解其散热系统的温度场分布。通过与试验结果进行对比研究,表明计算结果满足工程运用所需的精度要求,可应用于复杂分布功率半导体器件的热分析中。

基于IGBT并联技术的PEBB设计

受电力电子器件生产制造工艺的限制,为了提高电力电子装置的功率等级,一般采用电力电子器件直接串并联或是变流单元多重化串并联的方法。文章在总结绝缘栅双极晶体管并联技术的基础上,设计了一个容量为250kVA的功率半导体组件。试验结果表明,该PEBB设计符合各项指标,具有很强的实用性和可操作性。

电气化铁路“车-网”系统串/并联双模式宽频谐波扰动产生装置设计与测量方法

精确测量动车组与电力机车(简称机车)四象限变流器(four-quadrant converter,4QC)和牵引网的宽频带阻抗特性是识别电气化铁路“车-网”系统振荡和不稳定问题的重要途径。然而,已有研究采用单一电压/电流扰动注入方式对牵引网或机车4QC阻抗进行测量,可能造成部分谐波扰动流向非目标测量对象,导致被测对象的谐波扰动信噪比低,影响阻抗测量精度。因此,该文提出一种适用于电气化铁路“车-网”联合系统的串/并联双模式宽频谐波扰动产生装置与阻抗测量方法,装置具有电压和电流两种工作模式,可以发出频带为1~3000Hz的宽频谐波扰动。扰动产生装置拓扑主要由多绕组降压变压器、谐波功率放大单元、并联LC谐振电路和反串联绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块等部分构成,结合双闭环dq解耦控制和载波移相开环脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)控制策略,实现频带双边可控、幅值可控且分布均匀的大功率谐波扰动输出。最后,利用MATLAB/Simulink仿真和RT-Lab硬件在环实验验证该文串/并联双模式宽频谐波扰动产生装置设计方案及阻抗测量方法的正确性与有效性。

大功率IGBT模块并联使用中动静态均流特性研究

介绍了IGBT扩容的并联方法 ,分析了IGBT模块并联运行时导致不均流的各种因素 ,提出了相应的解决措施 ,仿真分析结果证明了栅极电阻补偿方法的有效性。