基于优化对称布局的多芯片SiC模块动态均流

由于开关速度非常快,多芯片并联碳化硅（silicon carbide,SiC）功率模块的电压、电流振荡问题比硅（silicon,Si）器件更加突出,对寄生参数的要求也更高。然而,现有的商业化大功率SiC模块采用多芯片并联模式,大多沿用Si器件的封装技术,寄生参数不仅偏大,且存在明显的不对称性,不能充分发挥SiC器件的优越性能,亟需新的封装结构,以改善模块内的电热应力分布。首先,针对直接覆铜板（direct bonded copper,DBC）寄生电感的计算,提出两种简化计算方法,并将计算结果与有限元进行对比,基于这两种方法进行新型DBC布局的辅助设计,针对几种不同的三芯片并联功率模块,对比研究DBC布局对寄生参数分布、电流分布特性的影响,揭示寄生参数对多芯片并联模块电流分布的影响机理。最后,提出一种物理对称的新型功率模块封装结构,以实现各芯片间的电流均衡。对比分析表明,所提出的新型DBC布局能够显著减小回路之间的寄生参数差异,提升了SiC芯片间的电流分布一致性,有利于提升并联芯片额定电流的使用率,改善模块电–热应力的均衡性。

励磁功率柜动态均流技术

简要述及了影响励磁功率柜均流的几个因素,包括元件通态特性、元件开通特性、温度、母排连接方式、交流电压等。指出实现动态均流的基本原理是立足于控制回路,通过自动调节实现同相桥臂元件通态平均电流趋于相同。对动态均流的主要电路构成进行了分析和比较。通过对桥臂电流波形的分析,论证了动态均流方法的有效性,采用此方法在较宽的电流范围内能保证均流系数大于95%。最后给出了相关的试验和应用数据。

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。

基于并联锂电池剩余容量的相位互补动态均流

针对当前锂离子电池连接形式存在的问题进行了深入分析,提出了基于剩余容量的锂电池并联的动态均流方案,不仅解决了并联电池间环流问题,而且使电池组的输出电压更加平稳。使用saber仿真软件对电池并联模型进行了仿真,证明采用相位互补动态均流控制的电池组输出电压纹波系数最小。相位互补动态均流控制对于稳定锂电池并联电压,提高电池的利用率具有重要的应用意义。

整流设备动态均流技术

叙述了影响晶闸管均流的因素,包括元件通态特性、元件开通特性、母排连接方式等。分析了动态均流的主要电路构成,指出实现动态均流的基本原理是立足于控制回路,通过自动调节实现同相桥臂元件通态平均电流趋于相同。通过对桥臂电流波形的分析,论证了动态均流方法的有效性。采用此方法在较宽的电流范围内能保证均流系数大于95%。

CPU电源变换器动态均流技术

为了提高高频瞬态负载条件下CPU多相电压转换器的可靠性,建立一个包含旁带的小信号模型,而后利用该模型分析研究了拍频振荡产生的原因。为了消除或减弱旁带成分带来的拍频振荡而又不影响控制环路的相位容限,提出了运用耦合电感的解决方案。实验结果证明,该方案有效解决了高频瞬态负载条件下各相之间动态均流问题,并且对于不同的控制结构都是有效的。

并联IGBT模块静动态均流方法研究

IGBT模块在电力电子技术中得到了越来越广泛的应用,在大功率应用中为了扩大电流容量,会将开关器件并联使用。IGBT模块并联使用时的主要问题是静态不均流和动态不均流,基于IGBT模块的输出特性曲线,建立了并联IGBT模块的静态模型,分析了影响静态不均流的主要因素,通过调整栅压法及外加阻抗法改善了静态不均流;基于IGBT模块的分布参数模型,建立了并联IGBT模块的动态模型,分析了影响动态不均流的主要因素,通过栅极电阻补偿法改善了动态不均流,并提出了一种基于模块参数的主动门极控制均流方法。文中两只IGBT模块(1 200 V/300 A)并联的实验研究证明了模型的正确性和静动态均流方法的有效性。

母排互感对IGBT模块并联动态均流的影响

为了改善绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块并联中的不均流现象,以IGBT模块并联的典型叠层母排结构为研究对象,基于Ansoft Q3D和Simplorer软件,探究了IGBT模块开关瞬间叠层母排的等效电路,提出了一种新颖的叠层母排端子互感对IGBT模块动态均流的影响理论,并在实验中得到了良好的验证。

器件特性参数对SiC MOSFET静动态均流影响的实验研究

碳化硅(SiC)MOSFET作为第三代半导体器件,与硅IGBT相比在高频、高温、高压的工况下性能更加优异。然而在并联应用中,不同器件之间较大的特性参数差异会影响并联均流的动静态特性。现有的SiC MOSFET并联均流研究并没有全面地分析器件参数对并联均流产生的影响。因此,测试了30个器件在通态电阻、阈值电压、跨导和寄生电容上的差异并理论分析了不同特性参数对并联动静态均流所造成的影响,设计了SiC MOSFET并联均流实验的平台,且在排除电路参数以及测量系统可能引入的误差的条件下,针对不同器件参数的差异度进行实验,最后综合理论分析和实验结果,得出SiC MOSFET不同器件特性参数的差异度分别对静动态均流的影响以及这些影响的综合作用关系。

并联IGBT动态均流分析

在我公司许多泵站大功率输油泵电机应用了基于IGBT变频装置的场合,有时需要对IGBT并联使用,本文对于影响IGBT并联静态均流和动态均流的因素进行了分析,并使用Pspice软件对其进行了仿真,最后得出结论,并给出IGBT并联的措施。

UNITROL6800励磁系统动态均流技术

介绍UNITROL6800励磁系统动态均流原理,分析动态均流实际应用过程中存在的问题,并对动态均流技术的使用提出建议。

发电机励磁整流装置动态均流技术及其应用

励磁整流装置直接影响发电机及其励磁系统的可靠运行,整流装置各分支的输出电流均衡性是励磁整流装置的重要运行指标,关系到励磁整流装置的运行效率和安全裕度。大型发电机整流装置分支众多,影响均流系数的因素更为复杂,本文从均流系数物理意义入手,介绍几种常用的传统均流技术及其不足,提出一种应用于大型发电机励磁系统的动态均流技术,能够在发电机运行状态下实时监控各整流分支的输出电流,并能够自动进行相应调整,在发电机长期稳定运行过程中保证均流系数满足励磁标准要求,提高整流系统的电流冗余度和安全稳定裕度,最后给出工程应用实例和结论。

再谈励磁功率柜动态均流问题

简要阐述了励磁功率柜均流的两种智能均流方法,包括原理应用以及其优缺点等。通过对桥臂电流波形的分析,验证了动态均流方法的实际效果,说明此方法在一定的电流范围内能保证较高的均流系数。并给出了相应的试验和应用数据,通过分析得到了动态均流方法不影响强励功能的结论。

直流微电网中混合储能系统的动态均流控制策略

混合储能系统同时具备高功率密度和高能量密度的特点,对于平抑分布式发电与负荷的功率波动有着重要意义。在分析现阶段混合储能控制策略的基础上,提出了一种改进型的下垂控制策略,用于直流微电网中混合储能系统的动态均流控制。该方法包括虚拟电阻下垂控制及虚拟电容下垂控制,蓄电池补偿负荷波动的低频成分,超级电容补偿负荷波动的高频成分。最后,在PSIM仿真平台下搭建了混合储能系统的仿真模型,验证了所提方法的有效性和实用性。

SiC MOSFET并联动态电流不均衡的无源补偿策略

SiC MOSFET分立器件的并联结构已在中大功率应用中广泛使用,为了充分利用并联的优势,需解决并联动态电流不均衡问题。在SiC MOSFET特性参数中,阈值电压是影响并联动态均流特性最主要的参数。通过建立SiC MOSFET双管并联的电路模型,探究了并联动态电流不均衡的补偿策略,推导了阈值电压对SiC MOSFET开关管动态均流程度影响的公式。建立了含寄生电感的双管并联电路模型,提出了两种双管并联动态电流不均衡的无源补偿策略,即基于共源极寄生电感的补偿策略以及基于开尔文源极电感和功率源极寄生电感并联的补偿策略。通过仿真比较了两种无源补偿策略下的开关总损耗。最后,优化了基于开尔文源极电感和功率源极寄生电感并联的补偿策略,并通过双脉冲实验验证了此并联补偿策略下的动态均流效果。

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。

基于回路成形的并联DC/DC变换器均流控制器设计

由于具有冗余性和模块化的特点,采用多个DC/DC变换器模块并联的电源系统被广泛应用于需要高可靠性供电的应用场合。但是,由于并联系统中各模块间参数差异引起的电流不均衡可能使得某些模块承担更多负载电流导致过载发热,而影响到整个电源系统的可靠性。因此,高性能的均流控制器对于多模块并联电源系统来说非常关键。将一个源于并联系统中单个模块电压环环路增益及其开环输出阻抗的等效传递函数作为均流控制器设计的被控制对象。将鲁棒H?回路成形设计法引入对均流环控制器的设计。仿真和实验结果表明该文所提出的设计方法是可行的和有效的。

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。

基于器件内部参数差异的大功率IGBT并联均流控制方法

由于制造工艺和器件老化等原因,不同IGBT模块之间的阈值电压会存在一定差异,并对动态不均流产生很大影响。针对此问题,首先分析了阈值电压差异对并联均流的影响机理;然后建立了阈值电压差异与开通延迟时间之间的量化关系;最后以大功率IGBT模块并联为测试对象,通过对驱动延迟时间进行补偿的方法进行双脉冲测试,验证该方法的有效性。结果表明,该方法最大可以将不均流度从14.04%降低到2.21%。