车用IGBT模块及其驱动电路双脉冲实验

通过双脉冲实验对车用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块及其驱动电路进行实验研究,实验中主要观察了IGBT模块在开通和关断过程中的关键特性,包括开关损耗、有源箝位功能、续流二极管的安全性及母排杂散电感等。同时结合实验曲线对IGBT。的开关过程进行了详细介绍。

基于双脉冲实验的SiC与IGBT特性对比研究

SiC功率器件的应用要求对SiC半导体器件本身结构性能及工作特性等有系统认识和研究,其相关工作在国内才刚起步。通过搭建双脉冲实验平台,对SiC功率器件驱动工作特性进行实验研究,进行双脉冲测试,实现530 A大电流驱动关断实验。与IGBT模块的双脉冲测试结果对比,SiC功率器件比IGBT器件开关速度更快,开关损耗更小,续流管反向特性好,反向恢复电流更小。此外,针对SiC功率器件关断时的涌浪电压问题,采用纯C吸收电路可有效抑制涌浪电压,降低器件的关断损耗。

压接型IGBT芯片动态特性影响因素实验研究

压接型IGBT器件内部具有复杂的电-热-力环境,直接影响了其内部IGBT芯片的动态特性,进而决定了整个器件的安全工作能力。为此,研究不同影响因素下的压接型IGBT芯片动态特性具有重要意义。为了全面获得电-热-力综合影响下压接型IGBT芯片的动态特性,利用所研制的具有多因素解耦、灵活调节能力的双脉冲实验平台,针对一款3.3kV/50A压接型IGBT芯片,测量获得了不同母线电压、负载电流、驱动电阻、温度及机械压力下的双脉冲实验波形。分析了不同影响因素对双脉冲波形的影响规律,对比了不同影响因素对IGBT动态特征参数影响程度,结果表明母线电压主要影响关断过程,负载电流、驱动电阻和温度主要影响开通过程,机械压力对开通关断过程的影响很小,研究结果对IGBT芯片建模及压接型IGBT器件安全运行具有重要的指导意义。

SiC MOSFET驱动电路设计与实验分析

为使SiC MOSFET在应用中安全可靠的工作,通过对SiC MOSFET开关特性的分析,设计了一种SiC MOSFET驱动电路。该电路具有结构简单、实用性强、速度快、输出功率大等特点。另外,在高功率、高频等特殊环境下工作,为了提高SiC MOSFET的可靠性,还对器件过载保护电路进行研究。通过Pspice软件仿真实验,发现过载保护电路可以有效地保护器件不受损坏。最后,搭建双脉冲实验平台,验证驱动电路的基本功能并测试采用不同栅极电阻时对SiC MOSFET开关特性的影响。实验结果表明:该电路具有良好的驱动能力。

大功率SiC MOSFET驱动电路设计

在实际工程应用的基础上,针对50k W/1MHz的高频感应加热大功率SiC MOSFET电路要求及SiC MOSFET开关特性进行开发研究。通过对SiC MOSFET的开通过程特性进行详细研究,得出使其可靠、安全驱动的要求,在现有已经成熟应用的Si MOSFET驱动电路基础上对其进行改进,研究适合工作在兆赫范围内的SiC MOSFET驱动电路。并采用双脉冲实验验证所设计驱动电路的基本特性及确定最佳门极电阻参数。

抗强电磁干扰的高电压同步控制系统

为了在强电磁干扰环境中控制"双脉冲"实验的放电时序,研制了一台高电压同步控制系统。在采用多种常规的抗电磁干扰方法(如电磁屏蔽、光电隔离、独立电源和接地等)的基础上,该系统的核心抗干扰技术是选用高反向偏置的可控硅作为高电压脉冲变压器原边放电的控制开关。该系统由1个低电压多路时延发生器和5个独立的高电压脉冲发生器组成,它们分别放置在各自的电磁屏蔽机箱内,采用电池或电源隔离变压器供电,独立接地,时延发生器和高电压脉冲发生器之间采用光纤连接和光耦隔离。该系统可以输出5路25 kV的触发电压脉冲,各路之间时间间隔为0～1 s,最小调节时间步长为10 ns。该控制系统被成功地用于"双脉冲"放电实验中,实验证明它具有很好的抗电磁干扰能力。

基于GaN HEMT的隔离型DC-DC变换器驱动电路设计

GaN高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)作为新一代功率开关器件,越来越多地应用于各类高频电力电子功率变换器中。由于GaN HEMT属于超高频器件,驱动电路设计需要考虑电磁兼容及杂散参数的影响,与以往Si MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)管差异较大。通过实例阐述了GaN HEMT驱动电路设计方法,并通过双脉冲实验验证了在额定电流下,该驱动电路可以控制管子实现可靠开通、关断。最终,搭建了450 W GaN HEMT全桥移相电路实验平台,对比了GaN HEMT与Si MOSFET管在相同的隔离型功率变换器中应用的性能差异。

适用于器件并联型ANPC拓扑的低感叠层母排设计方法

在高压大容量电力电子设备中,采用叠层母排作为主要连接器件能够降低换流回路杂散电感,减小开关瞬态过程中的电压尖峰,因此叠层母排的设计对高压大容量电力电子装置的性能有着显著影响。为此,针对器件并联型有源中点钳位型(ANPC)拓扑,从换流回路杂散电感大小和不同换流回路杂散电感对称性的角度出发,对比了不同母排层数和空间结构对换流回路杂散电感的影响,给出了一种功率器件对称分布的四层母排设计方法。通过换流回路杂散电感双脉冲实验提取结果,验证了所提出母排结构各换流回路杂散电感理论分析的正确性和仿真计算的准确性。该设计方法能够有效降低器件并联型ANPC拓扑叠层母排换流回路的杂散电感,并使各换流回路杂散电感具有对称性,降低了功率器件的电气应力,提高了各功率器件电气应力的均衡性,有效提高变换器运行的可靠性。

大电流下SiC MOSFET功率模块的驱动器研究

由于碳化硅(SiC)MOSFET具有高频、低损耗、高耐温特性,在提升新能源汽车逆变器效率和功率密度方面具有巨大优势。对于SiC MOSFET功率模块,研究大电流下的短路保护问题、高开关速度引起的驱动振荡问题尤为重要。针对这些问题,设计了大电流下SiC MOSFET功率模块的驱动器,包括电源电路、功率放大电路、短路保护电路、有源米勒钳位电路和温度检测电路。在分析了驱动振荡机理后,通过有限元软件提取了驱动回路的寄生电感,优化驱动回路布局,使得开通与关断回路杂散电感分别降低到6.50 nH和5.09 nH。最后,以Cree公司的1200 V/400 A CAB400M12XM3功率模块为测试对象,利用双脉冲实验验证了所设计驱动电路的合理性及短路保护电路的可靠性,对于800 A的短路电流,可以在1.640μs内实现快速短路保护。

MOSFET反向恢复对不同应用的影响

传统上，FET体二极管反向恢复行为采用双脉冲试验方法来评估。由于这种试验方法旨在得出QIT和IRRM参数，因此，所施加的di／dt相对比较缓慢（100A／us）。在一定程度上，缓慢的dj，dt是因袭陈规，但同时也是因为随着di／dt的提高，寄生电感（Ldi／dt）会妨碍精确测定感兴趣的参数，

Dynamic Experimental Study of a Multi-bypass PulseTube Refrigerator with Two-bypass Tubes

A dynamic experimental apparatus to measure the instantaneous velocity and pressure in the multi-bypass pulse tube refrigerator (MPTR) was designed and constructed. Some theortant experimental results of the instantaneous measurements of the velocity and the pressure in the MPTR with two-bypass tubes during actual operation are presented. The effects of the middle-bypass version on the dynamic pressure and mass flow rate at the cold end of the pulse tube are evaluated from experimental measurements.DC-flow phenomena are observed in this MPTR. The reasons of the multi-bypass version improved the performance of pulse tube refrigerator are given.