集成结温在线监测功能的IGBT智能驱动器

结温是表征功率器件寿命的重要参数,对功率器件结温进行监测具有重要意义。基于热敏电参数法,选取对温度敏感的电参量饱和导通压降V_(CE(sat))作为研究对象,在IGBT驱动器中集成高精度结温参数测量电路,使系统可在线监测功率器件结温。同时为了得到更加精准的热-电参量对应关系,通过分段拟合的方式对IGBT模块在工作状态下结温与V_(CE(sat))的关系进行数学建模。在此基础上,还设计了相应的退饱和检测电路和分级驱动电路。经过实验验证,最终解决了传统结温测量方式工程应用性差的问题,提高了参数采集精度,将热敏电参数的结温预测误差控制在±5℃以内。

NPC三电平IGBT模块驱动电路设计及动态特性测试

二极管中点钳位NPC(neutral point clamped)三电平逆变器具备较低的开关应力、谐波分量和较好的抗干扰能力,促使其成为光伏、储能等新能源领域DC-AC变换器的主要拓扑之一。针对大功率应用场景中普遍采用的NPC三电平IGBT功率半导体模块开展研究,分析NPC三电平功率模块的换流回路,并据此给出对应换流回路的寄生参数精准仿真评估方法。依据换流回路寄生参数最小原则,设计适用于NPC三电平功率半导体模块的动态特性测试电路。根据换流回路以及电路工作原理,设计NPC三电平功率模块的驱动电路,并给出增强驱动电流、防直通及死区时间可调的驱动方案。最后,通过对NPC三电平IGBT模块的动态测试,详细评估了不同工况下功率器件的动态损耗。

基于IGBT电磁感应驱动电路的功率脉宽驱动应用研究

在大功率应用中,IGBT驱动电路需要有较好的驱动特性,其可靠性将决定整个系统能否正常运行。本文以2ED020I12-F2为驱动芯片,研究IGBT模块在大功率模块中的应用,通过光纤传输技术,将驱动信号与反向激励隔离开来,以提高IGBT的驱动性。

一种适用于充电机的IGBT高频驱动电路

随着国内地铁行业的快速发展,辅助系统充电机所用绝缘栅双极晶体管(IGBT)的开关频率已经可以达到上百千赫兹,一般的驱动器已经无法满足高频条件下对驱动信号的要求,IGBT高频驱动成为当前的研究焦点。基于MOS管开关速度快的特性以及比较器高精度、良好的稳定性、灵敏性、开关等特性,设计了一款IGBT高频驱动器。比较器把接收到的驱动信号转换为两路不同的驱动信号传输至PMOS管与NMOS管,从而实现IGBT高频驱动功能。搭建实验平台,经测试IGBT高频驱动开关频率可以实现100 kHz。和传统驱动电路对比,IGBT开关频率提高了50 kHz,实现了IGBT开关频率高频化。研究成果对大功率IGBT及SiC MOSFET驱动技术的应用具有一定的参考价值。

车载变流器大功率IGBT数字驱动方法研究

文中首先对车载变流器大功率IGBT的驱动进行了深入分析研究,提出了数字驱动的保护构架与保护思想。随后阐述了数字脉冲分配保护作为IGBT驱动预处理的重要作用,列出了预处理的主要功能。之后着重分析了IGBT开关过程中驱动电阻对开关性能的影响,并提出了数字驱动的保护方案。最后设计试验,得到了开通关断过程中不同栅极电阻对应的驱动特性,并结合IGBT开关特性得到最优的开关方案,测试结果表明:数字驱动方案大大降低了开通过程中的损耗与di/dt及关断过程的损耗与du/dt。这一研究成果已在既有大功率机车和动车上装车运用。

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。

基于SS-EWT的IGBT驱动电路早期故障诊断

驱动电路是绝缘栅双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)正常运行的重要保障。本文基于模拟电路早期故障理论,针对以EXB841驱动模块为核心的300 A/1200 V快速型IGBT驱动电路,提出了一种基于尺度空间(Scale Space,SS)改进的经验小波变换(Empirical Wavelet Transform,EWT)和误差反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)相结合的早期故障诊断方法。首先在分析驱动电路硬件结构及工作原理的基础上,对其驱动功能和短路保护功能的主要元件进行灵敏度分析,分别选取相应的早期故障诊断元件;其次通过故障注入获取检测点输出数据,采用SS-EWT对数据处理后构造早期故障特征向量;最后采用BPNN对特征向量进行训练以实现对早期故障模式的识别。针对短路保护元件部分故障类别难以区分的问题,采用再训练对诊断方法进行优化。仿真结果表明,采用基于SS-EWT的早期故障诊断方法处理驱动功能元件及短路保护元件早期故障时准确率分别能达到91.04%和96.05%。

一种新型IGBT驱动器的设计方案

本文针对NPC三电平逆变器中IGBT驱动器的设计问题,提出了一种新型的IGBT驱动器设计方案。基于IGBT驱动器的性能要求,本文采用隔离电源供电、正电压开通和负电压关断的设计方案。本文重点阐述了电源部分和驱动器部分的设计过程,以计算数据为基础设计了一台实验样机。在实验样机上测试了电源部分的效率、纹波以及驱动器实际输出的驱动波形,实验数据表明所设计的IGBT驱动器驱动性能优异,满足设计需求。

压接式IGBT和晶闸管器件失效模式与机理研究综述

高压大容量压接式绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件和晶闸管器件是高压直流输电工程中的核心器件,对能源的高效利用具有重要意义。IGBT和晶闸管等器件可靠性已成为电工装备乃至整个电力系统能够稳定可靠运行的关键问题。首先,从压接式器件传统封装结构入手,介绍了压接式器件的弹簧式多芯片封装和凸台式多芯片/单芯片封装,对比了3种封装结构的性能。其次,阐述了压接式器件封装级失效模式与机理,结果表明热膨胀系数不匹配是封装级失效的最主要原因。同时,也对IGBT和晶闸管芯片级失效做了梳理,结果表明电气过应力是芯片级失效的主要原因。然后,简单阐述了压接式器件的新型封装结构与技术。最后,展望了压接式器件未来可能的研究重点。

基于ACPL-332J的IGBT驱动电路设计

简述了变频器主电路和相关原理,基于ACPL-332J芯片详细设计了变频器全控型功率元件IGBT驱动及其故障保护电路;将其与ABB公司5SNA0800J450300型号的IGBT连接,应用在3300 V矿用变频器中。结果表明:该驱动电路可靠性高、适应性强,可以在中压大功率传动方面得到广泛地应用。

一种通道复用的高可靠性隔离IGBT栅极驱动器

采用SIMC 0.18 um BCD工艺,设计一种输出电流2 A,隔离电压5 kV,CMTI为100 kV/us的单通道隔离IGBT栅极驱动器,该IGBT栅极驱动器集成双侧欠压保护、退饱和保护,具有高可靠性.为节省芯片面积和成本,提出一种通道复用技术,将高压侧退饱和状态监测信号(FLTH)和欠压闭锁状态监测信号(RDH)编码后使用一个数字隔离通道同时传输至低压侧,简化电路结构,节省芯片面积约10%.当发生欠压闭锁时,隔离式IGBT栅极驱动器不工作;当未发生欠压闭锁时,可以通过编码信号的脉冲宽度来区分是否发生退饱和状态.仿真与测试结果表明:采用通道复用技术可以准确的将高压侧的退饱和状态监测信号和欠压闭锁状态监测信号传输至低压侧.

基于MPCC的永磁同步电机驱动系统逆变器IGBT开路故障诊断方法

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统逆变器绝缘栅双极晶体管(IGBT)开路故障诊断过程中电流检测法检测时间较长的问题,研究了一种基于模型预测电流控制(MPCC)的误差电流极性法,通过将MPCC中代价函数的变化和电流检测法相结合,可有效缩短故障检测时间。然而,MPCC容易受到电机参数变化的影响,负载转矩、转速的变化可能导致电机参数变化或不匹配,进而影响代价函数的输出,导致误诊。针对该问题,在基于MPCC的误差电流极性法中对故障检测指标进行了归一化处理并加入了计数法,进一步提高了故障诊断的鲁棒性能。

压接型高压IGBT门极驱动信号演化规律及失效形式研究

压接型高压IGBT是柔性直流输电用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)中的核心器件,其在长期运行中逐渐发生热老化并最终失效,影响着MMC的运行性能。利用压接型高压IGBT的门极驱动信号演化规律监测器件状态对于是实现MMC子模块状态监测的重要手段。文中首先搭建了压接型IGBT功率循环试验平台,并在功率循环试验过程中定期测试器件门极驱动信号波形。结果表明随着老化循环次数的增加,压接型IGBT门极驱动电压上升沿米勒平台时间长度增大,门极驱动电流下降沿凹槽位置滞后。其次,对热老化失效以后的压接型IGBT芯片表面进行观测,发现芯片发射极门极氧化层附件出现裂纹,这一热老化失效形式是门极驱动信号变化的主要原因。最后,根据压接型IGBT内部多物理场耦合关系建立了有限元仿真模型,计算结果表明热应力在附加金属层与下钼层接触界面的边缘区域数值较大,在长期交变的应力疲劳后造成门极氧化层裂纹萌发,逐渐导致门极失效。文中研究结果说明了利用压接型高压IGBT门极驱动信号演化规律在线监测其门极老化状态具有一定意义。

一种具有数据采集功能的IGBT驱动器

文章介绍了一种新型IGBT驱动器,该驱动器除具有传统的驱动与短路保护功能外,还具有运行状态数据采集功能。采集IGBT运行状态数据及其故障时刻数据,有助于理解IGBT工作环境,分析IGBT失效原理,为电力电子装置改进和正向设计提供理论依据。该驱动器以可编程逻辑器件FPGA为核心,集脉冲控制、驱动与保护、信号采集、串行通信功能于一体。文章详述了驱动器主要功能模块,运用数学建模、仿真和试验测试等方法验证了其功能与可靠性,为驱动技术数字化、智能化发展提供了技术储备,为IGBT模块失效分析与健康管理研究提供数据支撑。

一种高可靠性三相全桥IGBT驱动电路的设计

该文基于X-FAB 1.0μm高压SOI工艺,提出一种适用于600 V高压下的三相全桥IGBT驱动电路,包括输入接口电路、死区时间产生电路、高低压电平位移电路以及其它保护电路。其中针对输入信号可能同时有效的问题,设计了一种可以对输入信号的错误状态进行判断的死区时间产生电路,避免因高、低侧信号同时输入有效电平所造成的错误;高压驱动部分采用一种具有隔离功能的新型电平位移电路,可以减小高低压地电位之间的串扰,有效提高了驱动电路的可靠性。仿真结果表明,高侧浮动电压的范围为0~600 V,能够实现三相高低通路驱动后级的IGBT功率器件,高侧通路电压的输出范围为0~615 V,低侧通路电压的输出范围为0~15 V,驱动电流最大可达0.8 A,高低侧输出信号之间的死区时间为1.2μs,最高工作频率100 kHz。

模拟换流阀长期运行工况的高压大功率晶闸管电热联合老化系统研制

近年来国内多个直流换流站发生严重事故,经调查发现事故起因多为长时间运行的换流阀晶闸管发生不同程度的老化甚至绝缘能力丧失。掌握晶闸管参数退化规律是开展晶闸管运维监测、预防此类事故继续发生的基础。因此为了深入了解换流阀晶闸管老化过程中特性参数退化规律与老化机理,首先需要搭建试验所需的模拟换流阀运行过程的晶闸管老化试验装置。文中首先分析了换流阀晶闸管的实际运行工况,并基于此设计了晶闸管电热联合老化主电路,接着对电路中涉及到的控制单元,包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的驱动电路与晶闸管的触发电路进行设计与搭建,并基于晶闸管的实际运行工况设计了晶闸管结温控制系统。为了获得晶闸管老化过程中特性参数的退化规律,设计了晶闸管漏电流在线监测系统与反向恢复离线测量系统。经过检验,各个模块以及主电路均能够保持长期稳定运行,为换流阀晶闸管的老化试验打下了良好基础。

重离子加速器电源系统中IGBT故障分析

针对某重离子加速器电源系统某二极磁铁电源中IGBT出现故障问题,本文通过理论分析和实际测试相结合的方法诊断出设备故障原因。首先介绍了电源拓扑结构,分析了电源工作原理。从IGBT驱动、最大结温、结温波动等方面进行分析仿真测试,得出在脉冲工作模式下结温波动对IGBT可靠性的影响,预测出具体工作模式下IGBT寿命,对提高设备的可靠性和可维护性提供了有益帮助。

IGBT串并联设计及寿命预测

基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT),分析其基本参数,通过电压驱动方式,以平面变压器为基础,设计快速驱动电路,实验结果表明:IGBT集电极电流上升率(di/dt)约为10.13A/ns,提高了约8.1倍。通过分析IGBT失效模式和串并联均压均流的影响,利用瞬态抑制二极管(TVS)的特性,设计串联有源钳位电路;通过电路布局优化等方式设计并联均流电路,并进行2串2并的IGBT阵列实验,通过实验验证均流均压效果,并根据典型寿命预测模型计算Nf为124005。

IGBT器件参数的自适应热网络模型分析

阐述功率器件参数自适应热网络模型的理论基础。分析功率器件的热特性和参数,介绍热网络模型的基本原理,通过建立功率器件的热传导路径来描述其热行为。提出一种自适应热网络模型的建立方法,根据实际的功率器件参数来调整模型的参数。该自适应模型可以提高功率器件的热管理效果。

ABB变频器IGBT+AGDR升级改造及应用

在风电机组长期的运维中发现,使用ABB变频器的风力发电机组在运行中ABB变频器IGBT模块烧坏、炸裂等故障的主要原因为ABB变频器内部结构紧凑,散热不便。AGDR驱动板直接焊接在IGBT上,而IGBT在运行中会产生较多的热量,AGDR驱动板上的元器件受热升温过高,造成运行稳定性降低。同时AGDR板自身使用的元器件也会产生一定的热量,与IGBT焊接在一起,散热性能大大降低,长期运行,极易出现斩波信号和驱动信号的不稳定,使IGBT出现过压、过流问题,进而使得变频器发生故障。为了提升变频器的运行稳定性、散热性能、安全性,减少故障率,保障风力发电机组安全运行,提出了一套ABB变频器IGBT+AGDR升级改造方案。