逆变器功率器件通断过程分析及其缓冲电路研究设计

简要介绍交流变频调速系统逆变器主电路的主要形式及分析带缓冲电路的主功率的开关过程，为了抑制主功率器件上的尖峰电压和尖峰电流，导出了缓冲电路参数的计算公式，对改进型缓冲电路和基本型缓冲电路进行了分析比较，最后给出了电路实验波形和结论。     

RDC缓冲电路的技术分析

为了使功率器件经常使用的RDC缓冲电路所用元件的选择摆脱经验与实验的传统方法,在理想条件下从能量与电压的角度用数学方法分析了RDC缓冲电路的工作过程,得到了功率器件在既有关断缓冲电路又有开通缓冲电路的条件下,功率器件与缓冲电路在电路参数不同时各自的功率损耗与元件参数间的关系,找到了在希望的缓冲效果情况下缓冲电路元件参数的确定方法,使RDC缓冲电路元件参数的确定方法有了理论依据。     

阻抗源逆变器缓冲电路分析与设计

对于功率较大的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)装置,线路寄生电感较大,IGBT关断时的电压变化率和过冲电压很容易损坏功率器件。抑制过冲电压,除了采用低感母排减小寄生电感外,还需要缓冲电路。通过分析阻抗源逆变器工作特性,针对线路杂散电感会造成直通和非直通转换时存在电压尖峰的问题,提出一种适用于阻抗源逆变器的缓冲电路,该电路有效抑制了IGBT关断时的电压变化率和过冲电压,大大减小了母线电压尖峰,提高了变换效率。仿真和实验波形证实了缓冲电路的可行性。     

配电系统电子电力变压器的IGBT缓冲电路设计

针对配电系统电子电力变压器的特点,提出功率开关器件IGBT缓冲电路的设计方法,包括缓冲电路类型的选择及参数的计算方法.在此基础上,针对几种电路结构和参数进行仿真,比较了它们各自的特性,总结出最佳吸收方案.仿真表明,所设计的缓冲电路能够有效钳制IGBT关断时的电压变化率和过电压.     

大功率绝缘栅双极晶体管模块缓冲电路的多目标优化设计

针对目前根据工程经验来设计缓冲电路所存在的问题，提出了一种缓冲电路的多目标设计方法。该方法在分析关断尖峰电压产生的原因和缓冲电路工作原理的基础上，考虑了市场上可选取的快速二极管的容量限制等因素，以缓冲电路的成本和抑制关断尖峰能力作为目标，利用模糊寻优算法对缓冲电路进行了优化设计。最后，在大功率混合有源滤波系统中，采用该文方法对逆变器的缓冲电路参数进行了设计。实践表明，设计出的缓冲电路具有良好的综合性能。     

三相直流/交流变换器中放电阻止型缓冲电路的研究

在以绝缘栅双极晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)作为开关器件的直流/交流(DC/AC)变换器中,为了保证处于高速开关下的IGBT在关断时不会被产生的关断过电压所击穿损毁,电路中需要增加缓冲电路.针对缓冲电路中电容器件端产生的最大瞬时电压及参数选取问题,通过对限幅钳位放电阻止型关断缓冲电路在三相电压型桥式DC/AC变换器中IGBT关断状态下工作模态的分析,从理论上对缓冲电容上产生的最大过冲电压进行推导.最后,通过搭建的仿真模型验证了对缓冲电容端过冲电压理论推导的正确性,为缓冲电路的参数选择提供了参考依据.     

IGBT逆变器缓冲电路的设计

分析了IGBT逆变器缓冲电路的工作原理，推导出缓冲电路各元件的参数计算公式，预见了缓冲电路在关断过程中的2次电压尖峰，并对其仿真验证。     

零电压软开关磁悬浮斩波器的研究

在分析现有H-桥斩波器的基础上,提出了一种新型的斩波器,分析了该斩波器的工作原理和主要特点,给出了电路的仿真和实验结果。该斩波器可以实现主功率器件的零电压导通和关断,辅助功率开关采用缓冲电路。     

一种新型的零电压软开关DC/DC斩波器

分析了现有H桥斩波器的特点,提出了一种新型斩波器。它采用直流回路零电压箝位技术,实现了主电路功率器件的零电压导通和关断;辅助电路的功率开关采用缓冲电路。文中分析了新型斩波器的工作原理和主要特点．给出了电路的仿真结果和实验结果。     

一种开关管馈能式零电压软关断电路

提出了一种开关管馈能式零电压软关断电路,由缓冲电路、储能电容和馈能电路构成。当开关管关断时,由缓冲电路中的缓冲电容实现开关管的零电压软关断;当开关管导通时,缓冲电容上的能量再通过一个谐振电路转移到储能电容。储能电容接受每次开关管开通时由缓冲电容上转移过来的能量,使电压逐步上升。当储能电容电压上升到阈值电压时,馈能电路工作,将储能电容的能量迅速转移到主电路的输出电容上,实现能量回馈。其次,分析了电路的工作原理和关键的器件设计方法。最后,搭建了一台实验样机,设计了控制电路,并验证了电路的有效性。     

高频条件下对IGBT逆变器缓冲电路的改进

绝缘栅双极晶体管（IGBT）逆变器多应用在变频器、开关电源和分布式发电系统等工作频率较高的场合。逆变器工作频率越高,缓冲电路吸收的过电压能量在开关器件下一次关断动作前放电完毕的时间就越短。提出了一种改进型IGBT逆变器缓冲电路,通过改变放电回路的放电电容,可以满足IGBT逆变器在高频应用下的要求。通过理论分析和电路仿真,证明了该改进型缓冲电路的有效性和适用性。     

基于PZT压电陶瓷的SiC MOSFET缓冲吸收电路EI北大核心CSCD

在高速关断过程中,碳化硅(silicon carbide,SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管器件呈现出严重的电压过冲和振荡,降低器件电压裕量。通常,采用缓冲吸收电路改善SiC器件的关断电压轨迹。然而,现有研究忽略SiC器件与吸收电路的交互规律和工作温度对吸收电路性能的影响,限制缓冲吸收电路的应用。针对这些问题,该文提出一种基于锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)压电陶瓷的缓冲吸收电路,分析PZT的温度特性,通过建立半桥电路与PZT缓冲吸收电路的高精度交互模型,揭示PZT缓冲吸收电路与SiC器件的耦合规律,利用特征方程-根轨迹方法,定量刻画PZT缓冲吸收电路的参数设计域。对比评估工作温度对多种缓冲吸收电路性能的影响。实验结果表明,所提设计方法能很好地抑制关断电压过冲与振荡,验证设计方法的有效性。相较于传统RC缓冲吸收电路,PZT缓冲吸收电路在工作温度发生变动后,仍然具有很好的抑制效果,且抑制效果随工作温度的上升而不断增强。为SiC功率器件的暂态稳定性分析,以及功率模块和缓冲吸收电路的集成设计,提供有益的参考。     

一种四管动作的高压大功率三电平变流器双脉冲测试方法

多电平逆变器适用于高压大功率的应用场合,但其结构复杂,所需的功率开关器件众多,给电路的设计和性能测试带来很多新问题。为了测试各开关器件的电压电流应力、缓冲电路抑制电压尖峰的效果和层叠式复合母排的性能,该文针对一台高压大功率二极管箝位型三电平变流器,提出一种四管动作的双脉冲测试方法,该方法不同于用常规的斩波电路进行双脉冲测试,而是在实际装置中进行,能够模拟变流器正常工作时的所有换流模态,更真实地反映各功率开关器件的动态特性。若双脉冲的时序和脉宽设计不当,功率开关器件会出现非正常的换流模态和很大的关断过电压,过大的关断过电压可能导致器件失效。该文深入研究了产生过电压的原因并得出故障时封锁脉冲的时序。该文研究成果为二极管箝位型三电平全桥电路的测试提供了有效手段,对于设计可靠的三电平变流器具有理论和现实意义。     

利用实测GTO阳极电流波形设计逆变器缓冲电路

缓冲电路参数值对ＧＴＯ的关断性能及整个ＧＴＯ逆变器的工作性能起着至关重要的作用。本通过对ＧＴＯ关断过程中阳极电流与阳极电压波形的分析,提出一种以“综合指标”作为目标函数的缓冲电路参数寻优方案,可根据对ＧＴＯ装置性能的具体要求确定ＧＴＯ缓冲电路元件的最佳参数。     

一种适用于推挽式逆变器的低损耗缓冲吸收器及其对功率电路的影响

本文介绍了一个适用于推挽式逆变器的低损耗缓冲吸收器，并对电路工作的三个主要时隙和电路对逆变器功率电路的影响进行了分析。这个缓冲吸收器可以明显地消除当半导体开关从导通到截止切换时输出波形中的谐波成分。     

绝缘栅双极晶体管IGBT特性与研发（二）

功率器件的不断发展，使得其驱动电路也在不断地发展，相继出现了许多专用的驱动集成电路。IGBT的触发和关断要求给其栅极和基极之间加上正向电压和负向电压，栅极电压可由不同的驱动电路产生。当选择这些驱动电路时，必须基于以下的参数来进行：器件关断偏置的要求、栅极电荷的要求、耐固性要求和电源的情况。图4为一典型的IGBT驱动电路原理示意     

一种新型的有源交错并联Boost软开关电路

重点研究了有源交错并联Boost的软开关技术，提出了一种新型的有源交错并联的Boost软开关电路。在Boost主开关两端并联一个由有源辅助开关和关断缓冲吸收电容组成的有源缓冲吸收支路，：Boost的主开关管可以实现零电流导通和零电压关断，二极管的反向恢复电流带来的能量损耗能够大大减少。并且，在整个开关周期期间，附加的辅助开关管都是零电压开关。最后，设计试制了一台1．2kW实验样机。结果表明，该电路的所有功率器件均实现了软开关。     

双IGBT缓冲吸收电路研究

为提高电动汽车双向功率变换器的工作效率和使用寿命,提出双IGBT缓冲吸收电路。针对双RCD型缓冲吸收电路,详述了IGBT关断过程C-E端过电压产生的原因,给出了电路缓冲电容和电阻的确定方法,讨论了不同门极驱动电阻下电路的缓冲吸收效果,通过计算和实验调整确定了电路相关元件参数,指出了IGBT温升设计及其安装的注意事项。实验研究结果表明,双RCD型缓冲吸收电路可显著降低IGBT关断过电压,具有良好的缓冲吸收效果,可保证其安全性、可靠性和稳定性。     

一种电流自适应的尖峰电压限制型功率管关断控制方法

针对传统的驱动电路固定化的驱动电流无法优化开关器件损耗的问题,提出了一种根据开关管电流调整器件关断速度的方法。在一个平均电流控制的Boost电路中,用电流指令信号来调节驱动电路的关断电流大小。当电流指令信号越大时,驱动电流的关断电流越小;反之相反。这样就实现了在小电流(轻载)下开关管的关断速度更快,关断损耗更小。可以使用一个晶体管电路来实现电流指令对驱动关断电流的调整。设计的原则是,在一定的小电流下器件的关断电压尖峰不大于额定电流下器件的关断电压尖峰。分析了器件的关断特性,讨论了尖峰电压与驱动电流和漏感之间的关系。在一个200 V输入/380 V输出/功率1 kW的Boost电路上进行测试,结果表明采用所提出的驱动电路,轻载下效率比传统的方法提升了1%以上。     

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。