多芯片绝缘栅双极性晶体管模块的老化键合线定位方法

对实际工况中绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的可靠性监测是对电力系统安全运行的重要保证。然而,采用多芯片封装方式的IGBT模块因芯片位置分布导致模块整体热量分布不均问题。针对该问题,使用多芯片封装IGBT模块,建立其包含7层结构的有限元模型,通过有限元仿真结果分析得出,模块整体温度分布不均是由于各芯片传热路径交叉所导致的热阻耦合现象。在掌握热量分布规律的基础上,研究了IGBT模块内部芯片串、并联使用时某一芯片发生键合线老化后各芯片功率损耗的变化规律,并据此提出考虑热量分布不均的键合线老化故障芯片定位方法。仿真及试验结果表明:文中提出的多芯片封装IGBT模块热分布规律具有正确性,老化键合线定位方法具有可行性。

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。

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。

IGBT栅极驱动电路的特性分析和应用

分析了功率绝缘栅双极性晶体管IGBT对驱动电路的特殊要求以及设计驱动电路应该考虑的问 题,概述了IGBT驱动电路的常用类型,并给出了几个具有实用意义的典型电路。

PSM发射机帘栅模块故障分析与解决方法的探讨

主要根据PSM发射机运行中两个帘栅模块工作时,其中有一个经常因外电的波动而引起停止工作的现象;本文重点介绍其帘栅模块的工作原理及其常见故障的分析和解决办法,进一步提高其稳定运行,保障发射机的安全稳定运行。

基于实时结温估计的动态IGBT热管理策略

绝缘栅双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是电动汽车重要的能源传输和转换元件.但IGBT长期在变化工况下工作,导致热负荷较高,严重影响其使用寿命.通过建立IGBT结温估计模型进行实时结温观测,定性分析IGBT结温与开关频率、母线电压之间的关系.为降低IGBT在循环工况下的热负荷,提出一种IGBT结温区域控制策略,以控制最高结温和结温波动为目标,将控制区域进行划分,分别采用模糊控制和PI控制对开关频率和母线电压进行控制.结果表明,在NEDC工况下最高结温平均降低5.1℃,IGBT结温波动平均降低2.6℃,验证了该控制策略的有效性,提高了IGBT的可靠性和运行寿命.

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。

一种中电压大功率IGBT模块行为模型

目前已有场终止型绝缘栅双极性晶体管(IGBT)行为模型以及仿真软件中的IGBT模型未专门针对中电压大功率IGBT模块搭建,不能准确模拟其区别于中小功率IGBT的行为特性。在已有行为模型基础上,提出引入IGBT基区存储电荷造成的等效电容及模块封装键合丝带来的寄生电感,考虑反并联PIN二极管行为模型,从而有针对性地实现了完整中电压大功率IGBT模块行为模型。同时提出了新的米勒电容函数拟合方法,量化分析行为模型完整开关过程中典型行为与模型参数的关系,通过较简便的方法实现了模型参数的提取。最后在Pspice环境下实现了一种3.3k V/1.5k A等级IGBT行为模型,并通过在Buck电路下仿真与实验波形对比证明了该行为模型的可行性和有效性。

IGBT模块电气模型及实时仿真研究

IGBT模块中IGBT与二极管各自详细暂态电气特性及相互影响少有研究,因此提出一种适于实时仿真的IGBT模块电气模型。模型采用机理推导、电气等效、曲线拟合等方法在PSCAD、SABER、SIMULINK等电路仿真平台建模并基于FPGA模型实时化,可以在纳秒级步长下模拟IGBT模块电压电流尖峰、拖尾电流、米勒平台等暂态电气特性。通过与SABER中通用模型仿真结果、实验实测波形对比分析以及搭建的FPGA实时仿真系统,验证了IGBT模块电气模型和参数提取方法的有效性,为进一步将模型应用于柔性直流输电系统仿真、电磁干扰及损耗分析、控制策略等研究打下了基础。

IGBT过流保护电路设计

为解决绝缘栅双极性晶体管(IGBT)在实际应用中经常出现的过流击穿问题,在分析了IGBT过流特性和过流检测方法的基础上,根据过流时IGBT集电极电流的大小分别设计了过载保护电路和短路保护电路。过载保护电路在检测到过载时立即关断IGBT,根据不同的过载保护要求可实现持续封锁、固定时间封锁及单周期封锁IGBT的驱动信号;短路保护电路通过检测IGBT通态压降判别短路故障,利用降栅压、软关断和降频综合保护技术降低短路电流并安全关断IGBT。详细阐述了保护电路的保护机制及电路原理,最后对设计的所有保护电路进行了对应的过流保护测试,给出了测试波形图。试验结果表明,IGBT保护电路能及时进行过流检测并准确动作,IGBT在不同的过流情况下都得到了可靠保护。

适用于电路仿真的IGBT模块暂态模型研究

高压IGBT与二极管构成IGBT模块已经广泛应用于柔性直流输电技术领域。然而现有仿真研究难以模拟IGBT模块中IGBT与二极管各自详细开关暂态特性及相互影响,因此提出一种适用于电路仿真的IGBT模块暂态模型及其参数通用提取方法。模型采用机理推导、电气等效、曲线拟合等方法在PSCAD、SABER等电路仿真平台实现,无需获取器件底层参数和求解复杂物理方程,不仅可以实现电路仿真中IGBT模块的各种运行状态,而且可以在纳秒级步长下模拟其电压电流尖峰、拖尾电流、米勒平台等开关暂态特性。通过与SABER中通用模型仿真结果及实验实测波形对比分析,验证了IGBT模块暂态模型和参数提取方法的正确性和通用性,为进一步将模型应用于柔性直流输电系统仿真、电磁干扰及损耗分析、控制策略等研究打下基础。

160mW大功率固态调制器的设计与实验

为提高脉冲调制器的可靠性,设计了基于大功率绝缘栅双极性晶体管模块为开关的大功率固态调制器系统。调制器采用加法器结构,设计输出脉冲功率160 mW,脉冲电压80 kV,脉冲电流2 kA。详细介绍了大功率调制器的电路拓扑和系统参数,重点阐述了大功率调制器的组件电路。介绍了绝缘栅双极性晶体管的驱动电路,给出了组件的输出波形,进行了调制器组件负载打火实验,给出了实验结果,证实组件保护电路可行。介绍了调制器的系统结构,分析了影响调制器输出波形的关键因素,给出了调制器的实验结果,并模拟了调制器负载过流情况,验证了调制器过流保护电路的可靠性。实验结果表明,调制器系统满足设计要求。

加法器结构的大功率固态脉冲调制器的研究

介绍了大功率固态调制器电路常用的拓扑结构,讨论了开关直接串联与加法器叠加两种拓扑结构的特点。设计了基于绝缘栅双极性晶体管的加法器结构的大功率固态脉冲调制器,探讨了该类型大功率调制器的关键技术,介绍了调制器系统参数,并与国内外大功率调制器进行了对比。重点阐述了调制器实验,给出了实验结果,并对实验结果进行了分析。最后探讨了加法器结构的大功率固态脉冲调制器的优势及应用潜力。

一种适用于桥式变换器的IGBT高频驱动电路

针对IGBT对驱动电路的要求 ,提出并分析了一种廉价的、适用于桥式变换器的IGBT高频驱动电路 ,给出了设计时需要注意的问题。该驱动电路不但工作频率高、实现容易 ,还可克服常用IGBT驱动器的缺点。

大功率IGBT参数建模与仿真分析

介绍了绝缘栅双极性晶体管的模型分类及常见的电力电子仿真软件,并分析了各自的特点。针对2 kV/2 kA全固态调制器组件设计中使用的大功率绝缘栅双极性晶体管(3.3 kV/1.2 kA),根据具体参数,建立了基于Saber的行为模型。重点分析了该模型的静态和动态特性仿真表现。通过对比手册参数曲线和实际测量结果,验证了该大功率绝缘栅双极性晶体管模型的有效性,为大功率脉冲电路的进一步分析和优化设计提供了参考。

IPM驱动和保护电路的研究

介绍了IPM的基本工作特性和常用IPM驱动和保护电路的设计方法,并给出了一个驱动和保护电路的设计实例。

IGBT的du／dt有源门极控制技术的研究

为减小绝缘栅双极性晶体管(IGBT)的开关损耗,正常工作时要求使其快速开通和关断。但在大电流或过流情况下,快速开通和关断会导致di/dt和du/dt过大。而较大的du_(oe)/dt会使IGBT误触发导通,使得IGBT控制失效。设计了一种能控制IGBT du/dt的新型有源门极控制电路,并进行了分析。给出了仿真和实验结果,验证了新型有源门极控制电路的正确性。

基于IGBT开关过程的变流器杂散电感分析方法

在IGBT关断的瞬态过程中,变流器杂散电感会使IGBT的集、射极之间产生较高的电压尖峰,从而造成较大的电磁干扰,甚至导致IGBT损坏。若能测量变流器杂散电感,则可在一定程度上预估该电压尖峰,并设计适当的缓冲电路。本文分析了IGBT开通和关断瞬态过程中各阶段的电压和电流,提出了一种优化的基于IGBT开关过程的大功率变流器杂散参数分析方法。通过双脉冲测试方法对西门康功率器件SKM400GAL176D的开关过程进行测试,获取其开通和关断瞬态过程曲线,利用前述方法计算出母排杂散电感。将计算结果与仿真软件提取结果、E4980A阻抗分析仪测试结果进行对比,验证了该方法的准确性与实用性。