混合封装电力电子集成模块内电磁干扰的屏蔽

混合封装有源电力电子集成模块(IPEM)是目前中功率范围内电力电子集成的主要方式。然而,IGBT与控制和驱动电路高密度地集成在一起,电磁干扰是非常重要的问题。研究发现,在IGBT开关瞬态,一个仅仅在直流母线和开关器件之间流动的高频环流是功率电路对控制和驱动电路产生电磁干扰的主要原因。为了抑制这个高频环流的影响,研究了在模块内施加平面电磁屏蔽层的作用和实际效果。结果证明,在模块内设计屏蔽层是改善模块内EMC,提高模块可靠性的有效和必要手段。     

用于ZVZCS逆变电焊机的高频IGBT模块

介绍了一种逆变电焊机用高频IGBT模块,并详细讲解了IGBT硅片和低电感封装技术。该模块的典型应用是零电压零电流开关(Zero-voltage and Zero-current Switching,简称ZVZCS)逆变电焊机。介绍了ZVZCS逆变电焊机的电路拓扑结构。最后,通过实验证明采用该模块的ZVZCS逆变电焊机性能优异。     

IGBT模块开关特性测试研究与驱动参数选择方法

工业应用中需要根据工况选用合适的IGBT模块,不能直接参考模块数据手册上的数据来应用模块。本文针对特定的应用工况搭建硬件和软件电路,进行全面自动化双脉冲测试,分析了各工况条件对开关特性的影响,为IGBT模块的实际工况运行优化设计以及功率能力评估提供参考。同时,还提出了一种驱动电阻的优化切换方法和一种最佳驱动电路和驱动参数的选择方法。     

基于电-热耦合模型的IGBT模块结温计算方法

温度循环下的疲劳累计损伤是IGBT模块失效的主要原因,计算IGBT模块的结温对预测其寿命具有重要意义。为了研究IGBT模块工作过程中结温变化情况,首先通过计算IGBT和FWD的功率损耗建立了IGBT模块电模型,然后在分析IGBT模块热传导方式的基础上建立了IGBT模块热模型,进而基于电模型和热模型建立了IGBT模块的电-热耦合模型,最后以三相桥式逆变器为例对IGBT和FWD的结温进行了仿真分析。结果表明,由于IGBT和FWD处于开关状态,两者的结温波形均呈波动形状,且波动均值经过短时间上升后稳定于一恒定值,所以逆变器用IGBT模块开始工作后经短时间的热量积累最终达到热稳定状态;由于IGBT的开关损耗比FWD大,使得IGBT结温受开关频率的影响较大。     

基于IGBT的短路试验开关的仿真研究

本文针对抗短路试验中传统机械开关合闸时间分散性较大的情况,提出用IGBT作为试验开关的解决方案。分析了以IGBT模块为基础的全控开关在交流应用中可能出现的电流不平衡问题。Matlab/Simulink仿真验证了串联电阻对并联IGBT模块的均流具有显著效果。IGBT作为无触点式开关,具有开关速度快的特点,应用IGBT作为抗短路试验开关,可以满足相关标准对抗短路试验严格的相位控制和时间要求。     

共高频母线电能路由器局部模块闭锁研究

以模块化多有源桥电路为基础的新型共高频母线结构的电能路由器由于具有变换环节少、功率密度高等特点，在交直流混合系统应用中具有显著优势。实际应用中，局部模块因故障保护或冗余控制等原因需封锁器件脉冲停运，但在杂散参数引发的高频振荡影响下仍能传输功率，可能造成系统安全问题。为保证装置的稳定运行，文中建立高频母线结构下的闭锁模块高频振荡模型，可快速计算不同工况下的电路稳态波形，由此分析局部模块闭锁后的系统振荡特性和模块功率传输行为，并提出于模块交流侧安装隔离开关的措施，分析隔离开关杂散参数对振荡特性和闭锁模块传递功率行为的影响。最后，在实际功率单元模块进行实验，仿真和实验对比验证了所提模型的准确性和隔离开关措施的可行性。     

MMC子模块中IGBT等效模型的仿真验证

RTDS（real time digital simulation）上小步长仿真模块对开关元件的数量有严格的限制,而模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的每个子模块都有2个电力电子开关元件IGBT。随着系统容量的不断增加,如何在有限的硬件资源中实现多电平系统的仿真成为实时仿真系统的瓶颈。对如何在RTDS大步长的环境中建立正确的IGBT元件等效模型进行了分析,根据IGBT在MMC子模块（sub-module,SM）中的工作原理,采用开关函数建立IGBT的等效数学模型。该模型能够有效减小仿真占用的资源,扩大仿真容量,在大步长环境下能够正确表征IGBT的运行特性。采用Matlab验证了所建立的IGBT模型的可行性和正确性。     

Si IGBT/SiC MOSFET混合器件及其应用研究

综述了Si IGBT/SiC MOSFET混合器件在门极优化控制策略、集成驱动设计、热电耦合损耗模型、芯片尺寸配比优化和混合功率模块研制等方面的最新研究成果与进展。Si IGBT/SiC MOSFET混合器件结合了SiC MOSFET的高开关频率、低开关损耗特性和Si IGBT的大载流能力和低成本优势,已有文献的最新研究和实验结果验证了该类器件的优异特性,表明其对高性能电力电子器件实现更高电流容量、更高开关频率和较低成本具有重要意义,是高性能变换器应用中非常有潜力的功率器件类型。     

压接式IGBT模块的开关特性测试与分析

随着柔性直流输电技术朝着更高电压等级、更大系统容量方向的发展,作为其中关键设备的换流阀和混合式直流断路器对大容量IGBT器件的封装特性和电气性能提出了更高要求。与焊接式IGBT相比,压接式IGBT具有功率等级更高、开关速度更快、易于串联等优点,成为柔性直流输电的优选器件。为系统掌握压接式IGBT模块的应用特性,设计了基于双脉冲测试原理的压接式IGBT模块开关特性的测试平台。基于测试结果,分析了不同压接力、负载参数和结温条件对压接式IGBT模块开关特性的影响规律;并从器件封装特性和半导体物理层面、初步探讨了压接式IGBT模块开关特性的变化机理,为其在大功率电力变换领域的推广和应用提供参考。     

开关磁阻电机功率变换器驱动系统设计运用

设计了一种针对开关磁阻电机不对称半桥功率变换器,基于M57962L IGBT驱动模块的IGBT驱动系统,该驱动系统采用高频开关电源供电。详细论述了该IGBT驱动保护电路和驱动用开关电源的设计思路和过程。在实际运用中表明该系统有很好的可靠性和稳定性。     

适于双向和中频应用的3.3kV高速IGBT模块

研发了3.3kV高速IGBT模块。优化寿命控制极大地降低了关断损耗和恢复损耗。该高速特性适用于双向和中频应用,例如谐振DC/DC转换器,展示了谐振DC/DC转换器模拟电路中IGBT的开关行为和二极管的反向恢复行为。显然,这种新设计的模块具有比传统高速模块更低的损耗,因此,更适合于双向和中频应用。该设计概念也可用于6.5kVIGBT模块设计。另外,对谐振DC/DC转换器模拟电路,将新设计模块中二极管的损耗与3kV-SiC-JBS损耗做了比较。     

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。     

集成门极换流晶闸管在电力系统中的应用

阐述了集成门极换流晶闸管（IGCT）的结构特点、基本工作原理,IGCT综合了可关断晶闸管（GTO）和绝缘栅换流晶闸管（IGBT）的优点,它具有成本低、高可靠性、高效率、开关频率高和易于串联等特点。详细讨论了集成门极换流晶闸管（IGCT）在电力系统中的具体应用,由于其优越的性能在中压大功率逆变器领域中正逐渐得到广泛重视,具有广泛的应用前景。     

Single‐Stage ZVS‐PWM AC‐AC Power Converter Using All SiC Power Module for High‐Frequency Induction Heating Applications

This paper presents a novel prototype of a single‐stage zero voltage soft‐switching pulse‐width modulation ‐controlled ac‐ac converter with a silicon carbide (SiC)‐MOSFET/SiC‐SBD power module for high‐frequency (HF) induction heating (IH) applications. The newly developed ac‐ac converter can achieve higher efficiency than a Si‐IGBT/Si‐PN diode power module‐based prototype due to a low ON‐resistance of SiC‐MOSFET and a low forward voltage of SiC‐SBD under the condition of HF switching. The performances of the new prototype converter are evaluated by experiment with a single‐phase IH utensil of ferromagnetic stainless metal, after which the high‐efficiency and low switching noise characteristics due to the all SiC power module are actually demonstrated.     

全碳化硅功率模块开关瞬态特性及损耗研究

为了加快全碳化硅功率模块的实际工程应用,针对全碳化硅模块开通关断过程中电压电流变化率、栅极电压耦合、开通损耗和关断损耗开展了分析,并与传统IGBT功率模块进行了对比分析。在全碳化硅功率模块双脉冲试验的基础之上,研究了不同电压电流等级下开关瞬态特性和开关损耗,提取试验参数,获得了电压电流应力大小,为全碳化硅功率模块的工程应用提供有效参考。     

MMC阀子模块IGBT损耗与结温计算

模块化多电平整流器(modular multilevel converter,MMC)子模块具有承受高电压、大电流等特点,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)又是子模块的关键器件,而IGBT的损耗和结温计算方法决定IGBT的热设计和选型,是影响其在MMC工程应用的关键因素。文中首先对MMC稳态运行时子模块承受的应力进行了分析,其次,结合通态电流、子模块的投切和结温估算模型,设计了一种IGBT损耗和结温的计算方法,最后在搭建的试验系统中进行验证,结果证明了所给出的计算方法有效可行。