压接型IGBT器件短路失效管壳爆炸特性及防护方法

压接型绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为现有柔性直流输电设备的核心部件,在实际应用中,由于承受高电压、大电流的工作环境,容易发生短路过流失效,进而造成的结构爆炸现象。为研究这一爆炸现象的破坏效应及其防护,该文结合多组模拟模块化多电平工况实验,得到IGBT器件短路过流失效爆炸后外壳结构的变形特征。结合电气能量特性的分析和实际爆炸失效形貌特点,建立该IGBT器件结构的数值仿真模型,初步确定实际爆炸过程中的等效TNT爆炸当量。在此基础上,从提高结构自身抗爆能力、增加能量外泄通道、替换结构材料等角度开展IGBT器件的结构优化设计,并进行相关试验验证。结果表明,将管壳的陶瓷材料替换为纤维增强复合材料可有效提高结构的防爆性能,降低器件的破坏程度。

采用逆阻型IGBT的零电流开关PWM电流源型半桥变换器

电流源型半桥变换器(current-fed half-bridge converter,CFHB)由于变压器漏感的存在引起了开关管关断电压尖峰。为解决这个问题,该文提出一种新的ZCS PWM CFHB变换器,主功率器件选用逆阻型IGBT(RB-IGBT)可以彻底消除主功率管的电压尖峰和有效减小谐振电流峰值。该文详细分析了这种新型变换器的工作原理和特性,并在一个600W的原理样机上进行验证,最后给出试验结果。

基于IGBT米勒平台的阈值电压结温估计法

在绝缘栅型双极性晶体管(IGBT)的结温监测方法中,温敏参数法因具有响应速度快、成本低、易于在线检测的特点而受到广泛关注。已有研究表明,温敏参数中的阈值电压(VTH)具有良好的温度性质,但对其采用直接测量的方法易受电流振荡影响。为此,提出了一种在阻感负载下基于米勒平台的阈值电压间接计算法。首先描述阻感负载下IGBT的开关瞬态过程,论述VTH间接计算法的理论基础。然后通过开关过程中的米勒平台电压值间接计算VTH。最后通过实验证明了所提方法的有效性。

一种低寄生电感IGBT半桥模块

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)半桥模块的寄生电感在实际应用中会引起芯片过电压及较大的关断损耗、电磁干扰等问题,设计了一种采用新型芯片布局方式的模块结构。设计中考虑了半桥模块在电力电子电路中的工作方式与模块内部各元件的工作状态,分析了通路寄生电感的作用机理,将工作在同一换流回路中的各元件放置在一起,减小了模块内部换流通路的长度,从而减小了其带来的寄生电感值。为保证功率模块封装的兼容性,制作了具有相同封装尺寸的传统商用型IGBT半桥模块与采用了新型芯片布局方式的IGBT半桥模块,搭建了电感测试电路对制作完成的两种模块进行公平地测试比较。实验结果表明,在模块和外部电路接口不变的情况下,新型模块的寄生电感比传统型减少了35%。

稳压式变极性焊接电源中的IGBT功率损耗和温升模型

在稳压式变极性焊接电源的输出电流极性变换过程中,加载在绝缘栅双极型晶体管(IGBT)上的瞬间脉冲功率损耗可能会使IGBT结温发生突变,可能超过最高结温允许值,进而影响其安全工作。该文利用热-电等效的局部网络模型,导出了在电源给定输出电流和再燃弧电压等参数条件下的IGBT最高结温计算公式,并将计算结果与仿真结果进行对比,证明了导出公式的正确性。分析了主要运行参数对IGBT最高结温的影响,获得了在选定IGBT型号时将其结温控制在安全范围的约束条件,为变极性焊接电源二次逆变电路设计时合理选择IGBT器件和优化运行参数提供了参考。

重复过流冲击下IGBT的性能退化研究

实际应用中,功率变流器经常会发生过流,重复的过流冲击会造成其功率器件绝缘栅型双极性晶体管(IGBT)的性能退化,并形成累积损伤,最终导致失效,而突然的失效会带来经济损失和安全问题,故需对重复过流冲击下IGBT的性能退化进行研究,建立相应的在线监测方法.针对目前对IGBT在重复过流下性能退化的研究较欠缺,搭建了过流冲击的实验平台来实现IGBT的重复过流冲击实验;采集重复过流冲击过程中IGBT外部端子的电气量,并提出相应的新的性能退化指标——导通电阻.结果表明:重复过流冲击会造成IGBT的性能退化,影响其外部电气特性;提出的退化指标——导通电阻明显地表征了IGBT内部累积损伤的程度.

浅谈150kW PSM短波发射机功率模块维护

本文主要介绍的是150kW PSM短波发射机功率模块的工作原理以及发射机功率模块常见故障的分析处理,总结故障的维修技巧,并介绍一种实用的测试功率模块方法,以此来提高维修功率模块的维修效率。

高压IGBT暂态机理模型分析

在已有的绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)机理模型的基础上将IGBT分为金属-氧化层-半导体-场效晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)和双极结型晶体管(bipolar junction transistor,BJT)2部分,分别对其进行建模,同时给出了模型参数的提取方法。模型在Matlab中实现。以FZ600R65KF1型IGBT为例给出了模型参数值,并完成了该型号IGBT的单管测试实验。通过对高压IGBT开通暂态、关断暂态和开关损耗的仿真结果和实验结果进行比较,验证了机理模型对于高压IGBT的适用性。