一种基于di_C/dt反馈控制的大功率IGBT驱动保护方法

针对大功率IGBT提出一种新型的有源门极驱动保护方法。在IGBT正常开通与关断过程中,利用di_c/dt反馈控制,设计软开通及软关断电路,有效缩短IGBT的开通与关断时间,提高IGBT的开关频率,减小器件功率损耗;在IGBT发生短路时,结合di_c/dt反馈技术,设计改进型有源钳位保护电路,实现IGBT软关断,防止关断时产生较大的过冲电压损坏IGBT,同时有效减小门极触发电阻R_g上的损耗。利用Saber软件进行电路仿真,并基于大功率IGBT模块YMIF1200-33实验平台,验证方案的可行性,结果表明,相对于传统控制方案,正常开关情况下,开通时间缩短了26.5%,关断时间缩短了52.6%;短路情况下,相对于传统有源钳位方法,改进方案在有效钳住V_(CE)电压的同时,关断期间门极电阻上的电流减小到原来的35.4%,并能在短路发生的第一时间迅速可靠地关断IGBT。     

不间断电源中的IGBT关断过电压抑制

由于电路中杂散电感及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)反并联二极管浪涌电压的影响,IGBT在关断过程中会产生过电压尖峰。分析了IGBT关断过程,提出了一种由过电压采样电路和动态过电压抑制电路构成的有源IGBT过电压抑制电路方案,并对该方案进行仿真及实验,结果表明,该过电压抑制电路能有效抑制IGBT过电压产生,防止IGBT过电压损坏,提高了UPS电源的可靠性和工作效率。     

有源箝位抑制IGBT浪涌电压的研究

提出采用有源箝位抑制IGBT关断浪涌电压的方法.IGBT集电极和门极间采用瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor,简称TVs)构成有源箱位电路,并根据IGBT耐压值和直流母线电压选择箱位电压值.当关断IGBT时,浪涌电压击穿TVs并箱位集射极电压,同时升高IGBT门极电压,减缓IGBT关断,抑制浪涌电压.在1.5 MW风电变流器上进行了相关实验,实验结果验证了该方法的有效性,并在成本、体积和可靠性等方面有一定的优势.     

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。     

一种适用于固态直流断路器的IGBT串联均压电路

机械–固态半导体混合式以及纯固态式直流断路器的发明和使用为大规模高压直流输电系统的发展提供了新的契机。在纯固态直流断路器中,通常将大功率绝缘栅双极晶体管(insulate gate bipolar transistor,IGBT)串联起来以承受断路器关断过程中的过电压。但是,由于大功率的IGBT价格昂贵且对瞬态过电压十分敏感,所以串联IGBT关断过程中的均压问题需要得到充分的考虑。为了解决固态直流断路器中串联IGBT间的不均压问题,首先对引起不均压的因素进行了深入的研究。另外,为了使串联IGBT之间的关断过电压的不一致性降到最小,提出一种门极均压控制电路和相应的控制方法。实验结果表明,通过使用提出的均压控制电路和相应的控制方法,串联IGBT关断过电压的不均衡得到了有效抑制。因此,系统的可靠性得到了有效的提升。     

电机驱动系统的电磁干扰抑制方法研究

电机驱动系统中大功率开关器件在关断过程产生严重的电磁干扰问题,对其抑制方法的研究成为热点。分析IGBT控制原理及电压波形,利用Saber软件建立电机驱动系统模型,在传导干扰测试频率范围内,考虑无源器件的寄生参数,仿真传统门极控制、动态电压上升控制以及有源门极控制的直流侧和交流侧共模/差模干扰,通过对比得到有源门极控制下对系统干扰的抑制效果更好,有效降低系统的共模/差模干扰。基于有源门极控制方法,在改变IGBT开关频率的情况下分析干扰波形,对电力电子装置传导电磁干扰的抑制分析具有重要意义。     

采用动态电压上升控制的1700 V大功率IGBT有源门极驱动技术

为了抑制大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的关断电压尖峰,提出了一种有源门极控制方法及其优化方法。该控制方法采用电容反馈关断电压上升率来控制驱动电路,通过具备定时功能的高速高增益放大器降低反馈电容的容值,补偿集电极电流输出响应相对于有源门极控制信号的延时,并保证所提出的有源门极控制方法仅在IGBT关断过程中工作,提高了电路工作的可靠性。通过SABER仿真分析了关键参数对该方法抑制关断电压尖峰效果的影响,提出了一套品质因数评价体系,用于定量评估不同参数下的控制效果。风力发电变流器在极端工况下的实验结果表明,所提出的方法使用较小容值的反馈电容依然能够在仅有400 V电压裕量的严厉条件下降低电流下降速率,从而保证了IGBT的安全工作。     

基于门极阻容补偿网络的IGBT串联均压方法

针对IGBT串联应用中关断过程均压问题,对IGBT的关断过程进行了详细分析,总结出影响IGBT关断过程的核心等效电路和计算公式。在此基础上提出一种基于门极补偿阻容网络的IGBT串联均压方法,推导出增加门极阻容补偿网络后串联IGBT动态电压不均衡度和关断时间影响的计算公式,并提出门极阻容网络参数的选取原则。建立基于Lumped Charge方法的IGBT半物理数值模型,对IGBT门极阻容补偿网络进行仿真验证。给出了实际测试工况下的补偿网络参数,建立IGBT串联均压实验系统,进行多种电压、电流工况下的实验验证。仿真和实验表明:该方法可以有效控制串联IGBT的延迟时间和动态电压上升速率的差异,在母线电压为2 000V和关断峰值电流为1 500A时,采用该控制方法可将串联IGBT的动态尖峰电压不均衡度由14.4%降至6.3%。     

基于栅极控制的IGBT关断过电压研究

由于线路中杂散电感以及IGBT反并联二极管浪涌电压的影响,IGBT在关断过程中会产生过电压尖峰。通过对IGBT关断过程的分析,提出了一种新的IGBT过电压抑制方法,并通过pspice仿真以及实验验证了新的过电压抑制方法的正确性和优势。     

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。     

背靠背功率模块中IGBT的关断过电压抑制

IGBT的关断过电压一直是变流器设计中备受关注的重要课题.本文对IGBT关断过电压的产生原因及吸收电路抑制方法进行了分析,在背靠背变流器系统开发中采用了一些有效抑制IGBT关断过电压的措施,并通过双脉冲试验进行了测试验证.结果表明,本系统中通过加吸收电容有效抑制了IGBT的关断过电压,能够满足应用于该背靠背变流器安全运行的需求.     

IGBT有源门极前馈控制方法的研究

为使绝缘栅双极型晶体管(IGBT)稳定高效工作,提出一种基于电流变化率和电压变化率电压反馈的门极驱动方法。在IGBT开通时,与电流变化率成正比的反馈电压反馈到门极;同样,在IGBT关断时,与电压变化率成正比的反馈电压反馈到门极,进而实现对门极电压的实时前馈控制。与传统的门极控制方法相比,开通过程中的电流过冲和关断过程中的电压过冲得到明显的抑制,同时降低了器件的损耗。仿真及实验结果验证了理论分析的正确性与可行性。     

基于串联IGBT关断延时的门极补偿均压策略

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的串联在高电压开关快速切换过程中有着重要的应用。IGBT串联的核心问题是器件的均压。研究表明IGBT关断时间不一致是造成串联器件电压不均衡的主要原因。此处基于控制驱动电路板,提取IGBT关断不一致的延迟时间,给予门极信号控制电平对时间延迟进行补偿,改善均压效果,且根据延迟时间控制门极信号,使串联IGBT关断过程达到均压的效果。此处详细阐述了补偿过程,通过实验验证该方法的实际均压效果。     

IGBT模块应用中过电压的抑制

寄生杂散电感会使超快速IGBT关断时产生过电压尖峰，通常抑制过电压的方法会增加IGBT开关损耗或外围器件的耗散功率。介绍了有效抑制IGBT关断中过电压的新方法。     

IGBT串联技术动态均压电路的研究

IGBT串联技术的关键在于保持每个IGBT开通或关断同步,至少应该保证任何时刻,尤其在IGBT开通或关断过程中,使每个IGBT的电压不能超过其额定值。为了达到这个目的,在研究多种IGBT串联的控制方法后,采用了一种结构简单、控制容易的均压辅助电路并对其工作机理进行了详尽的说明。实验结果表明,所采用的辅助分压电路在IGBT串联运行时能够很好地抑制IGBT开通和关断不同步造成的过电压,能够使开关不同步造成的过电压≤10%,确保IGBT串联顺利运行。对工程实际具有一定的参考意义。     

基于IGBT有源门极控制的EMI抑制方法研究

随着大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)广泛应用于电力电子装置,其产生的电磁干扰(EMI)问题成为研究热点。IGBT有源门极控制(ACC),该控制方法在关断瞬间获得不同的反馈增益,进而抑制关断电压尖峰。在此分析电路的工作原理、系统稳定性及门极电压波形,利用Saber仿真软件建立IGBT串联电路模型,在传导干扰测试频率范围内,考虑寄生参数的情况下,仿真了IGBT在传统门极控制和AGC下的共模/差模(CM/DM)干扰。搭建实验平台,通过测试得到AGC下对系统产生的EMI抑制效果更好,对电力电子装置传导EMI的抑制分析具有重要意义。     

基于电路拓扑的IGBT并联均流方法

随着市场对大功率电力电子变流器需求的与日俱增,绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar tran-sistors,IGBT)的并联技术已成为大功率设计应用的解决方案之一。针对现有的一些解决IGBT并联均流措施存在的问题,在详细分析外加电感对动静态均流影响的基础上,提出了一种基于电路拓扑的两电平电路中的IGBT并联均流方法,该方法需要添加1个额外的直流侧二极管和2个μH级的电感,降低了开关的开通损耗,不需要设置死区,且短路保护实现容易。同时,针对该方法带来的IGBT关断过电压第2尖峰抬高的问题,提出了一种改进的电路拓扑结构,利用额外的电容-二极管-电容(CDC)网络来解决IGBT关断过电压的第2尖峰抬高的问题。试验结果表明了该种方法的正确性、有效性和可行性,为大功率电力电子变流器的扩容提供了较理想的选择方案。     

一种车用IGBT开关过电压保护电路设计

对车用IGBT的驱动电路与关断保护电路的原理进行分析,提出一种新的开关过电压保护电路,通过驱动电路与保护电路进行配合达到对动态的电压上升的控制,最终稳定地驱动IGBT并保护IGBT不会因过压而损坏。通过在PSpice中建立仿真原理图并进行仿真,由仿真结果证实了该电路可以有效抑制IGBT关断过程中产生过电压,保护IGBT关断,从而提高电路的稳定性。     

混合式直流断路器IGBT关断能力提升技术研究

混合式高压直流断路器主要由快速机械开关和电力电子器件构成,主要依靠快速机械开关承载电流,通过电力电子器件开断和关合电流,为基于MMC柔性直流输电提供直流侧短路保护。但是直流断路器分断电流大,远远高于IGBT常规分断能力。文中根据直流断路器IGBT的特殊工作条件和电气应力,分析影响IGBT关断能力提升的影响因素,分别从降低IGBT导通损耗、关断损耗和抑制IGBT关断过电压等3个方面提升IGBT的可关断电流能力。文中首先仿真不同回路参数对IGBT损耗的影响,通过优化IGBT退饱和能力和关断过程暂态特性,降低关断损耗,最终完成IGBT结温仿真校核。同时通过研究IGBT关断过电压的影响因素,仿真不同回路参数对IGBT过电压的影响,提出抑制IGBT的关断暂态过电压的具体方法。研制50 kV转移支路阀组,搭建试验平台,完成26 kA的大电流开断,IGBT稳态损耗和暂态损耗都得到有效控制,相关技术和研制设备已经应用张北工程±535 kV混合式高压直流断路器项目,具有十分重要的工程意义。     

IGBT模块直接串联电压均衡驱动控制技术

高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块直接串联技术是实现柔性直流输电、高压直流断路器等高压大功率控制设备的一个重要基础,其中最难解决的是串联IGBT模块之间的电压均衡问题。文中分析了电压不平衡的机制,得出了实现电压均衡的关键在于解决断态电压不平衡和关断电压不平衡问题,门极侧均衡控制方法是较好的解决手段。对基于有源电压控制技术的驱动设计和基于延时补偿的控制策略进行了探讨,并分别采用在有源区对关断波形进行跟随控制和补偿IGBT器件间关断延时的方法,有效实现了串联器件的电压均衡。最后,通过6只3 300V/1 200AIGBT模块直接串联的阀段脉冲和基于该阀段的三相换流阀运行测试,对这两种方法进行了验证,所述方法获得了较好的电压均衡效果。