混沌SPWM功率变换器IGBT的Icepak温升仿真与实验

以四象限整流器中IGBT为例,为混沌SPWM控制下功率开关器件进行温升分析。首先基于SolidWorks对功率器件IGBT搭建了3D模型,并将其导入Icepak中,然后通过IGBT的损耗分析模型理论计算了整流器分别工作于混沌SPWM和传统SPWM控制方式下的IGBT的损耗功率,并在Icepak中进行相应的动态仿真,仿真结果表明在同样的输出功率条件下,工作在1 kHz频率时,基于Logistic映射的混沌SPWM控制下变换器功率器件温升与传统SPWM控制下的器件温升略有区别。最后,基于仿真模型搭建了温升实验平台,实验证明了仿真的正确性,并为混沌SPWM功率变换器的温升研究提供了一种分析方法。     

基于结温计算的换流阀可靠性分析

模块化多电平变流器(MMC)广泛应用于高压直流(HVDC)输电工程中,其中换流阀的可靠性成为柔直工程中关注的重点.而作为换流阀的核心器件,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的可靠性成为换流阀可靠性研究的关键.在IGBT工作过程中,结温过高是其损坏的重要原因之一,因此有必要进一步研究影响IGBT结温的关键因素.在此首先基于温敏参数法,建立了IGBT的瞬态热阻抗模型,并分析了不同工况下热阻抗模型参数.其次,基于数值计算模型并考虑了环流成分,提出了更精确的换流阀核心器件IGBT在不同工况下损耗的理论计算方法.接着,基于热网络法阐释了IGBT结温的计算方法.最后,根据提出的损耗和结温计算方法,并基于实际工程,计算并分析了在不同工况下MMC换流阀中IGBT的损耗和结温.     

国产高压大功率IGBT应用于机车变流器工作特性测试研究

高压大容量IGBT器件广泛应用于现代电力机车变流器系统中,其工作特性决定了电力机车的运行性能。用于牵引变流器的IGBT模块在功率密度、反并联二极管容量、封装技术和工作环境上要求更加严格。依据实际应用环境,测试并掌握IGBT器件的特性参数,选用合适的驱动保护电路,可以确保IGBT稳定可靠运行,充分发挥变流系统的控制特性。本文重点研究DM型国产大功率IGBT的工作特性,选取两种国外同规格IGBT进行对比测试分析。将国产DM型IGBT应用到HXD2F机车变流器进行了特性测试,测试结果为此款IGBT以后应用于牵引变流器的开发设计选型提供参考。     

一种E类逆变器及其IGBT串联均压问题的研究

介绍了一种利用IGBT作为开关器件,可用于感应加热的单端E类软开关逆变器;分析了它的工作原理;给出频率为20kHz,输出功率达6kW时的系统相关参数.为了提高开关的耐压级数,该逆变器采用两个IGBT的串联.此外还分析了因串联IGBT开关不一致所引起的串联均压问题,并探讨了解决办法.最终给出了系统的仿真及实验结果.     

基于EXB 841的IGBT驱动电路设计及优化

介绍了绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)器件驱动电路设计的一般要求．对EXB841芯片的工作过程作了深入的分析,研究了EXB841对IGBT的开通和关断以及过流保护的原理．指出了用EXB841直接驱动IGBT时存在的问题和不足,主要是过流保护的阀值太高、关断不可靠及在软关断时没有对外部输入信号进行封锁。同时,提出了针对这些不足在设计驱动电路时应当采取的几种有效方法最后,运用EXB841及其他器件设计和优化了一个IGBT的驱动电路．该驱动电路通过电力电子仿真软件PSPICE(Simulation Program with IC Emphasis)仿真和试验证明能够有效地对IGBT器件进行驱动和过电流保护。     

MMC-HVDC系统功率器件的结温估算研究

柔性直流输电系统采用模块化多电平结构,包含数量庞大的半桥功率模块,此处提出了一种功率模块器件的损耗与结温估算方法.首先研究了半桥功率模块的功率损耗计算方法,并根据功率模块内含绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、二极管、散热器的布局,建立功率器件级的热阻模型.然后,由于IGBT为密封器件,无法直接测量器件内部温度,通过测量与之压接相连散热器的表面壳温来间接推导器件结温.最后,开展了功率模块的加载实验工作,所述结温估算方法的仿真与实验结果基本一致.     

IGBT模块键合线失效研究

新能源技术的发展对功率变流装置的性能提出了更高的要求,IGBT模块作为变流器的核心器件,其可靠性受到了越来越广泛的重视。现有研究表明,恶劣的工作环境加速了器件的老化和失效,因此,深入研究IGBT模块的老化和失效机理是功率器件应用中需亟待解决的问题。以IGBT模块的键合线为研究对象,在建立IGBT模块电-热-力多场耦合模型的基础上,对正常工作和部分键合线脱落时的温度和剪切应力进行了综合分析,指出剪切力是键合线疲劳和失效的直接原因。最后,对比传统铝键合线模型,采用铜作为键合线材料,可以进一步提高模块的可靠性。本研究为进一步分析键合线疲劳,研究IGBT模块的失效形式和寿命提供了参考。     

SiC混合IGBT在下一代地铁列车中的应用研究

碳化硅(SiC)混合绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率器件具有高频、高效率、高功率、耐高温、抗辐射等优点。以下一代地铁列车为目标,对SiC混合IGBT功率器件与普通IGBT功率器件在通态损耗、开关损耗、总损耗等方面进行了研究,提出了下一代地铁列车采用SiC混合IGBT功率器件后的调制方式,并进行了研究。实验结果表明,与普通IGBT相比,SiC混合IGBT的功耗约减小30%,开关频率的提高也有效降低了输出谐波,减小了电机脉动转矩,从而使整个系统的效率得到大幅提高。     

逆导型IGBT发展综述

该文概述垂直型RC-IGBT自发明以来的主要发展和当前的主要研究问题,包括:IGBT正向输出特性的Snap-back抑制、RC-IGBT关断及二极管反向恢复动态波形优化、器件纵向漂移区载流子浓度分布优化、器件横向载流子密度及电场分布均匀性优化、器件工作时的温度特性、工艺问题及器件仿真问题等。文中同时简要介绍ABB、英飞凌、三菱及富士推出的最新一代逆导型IGBT器件的器件特性及结构特征。     

压接型IGBT器件多物理量测试方法综述

压接型IGBT器件目前已广泛应用于智能电网的各类高压大容量电力换流和控制装备中,与焊接式IGBT模块相比,具有功率密度大、双面散热、失效短路、易于串联等优点。器件中芯片压力、结温、电流3个关键物理量相互耦合并直接表征器件的运行工况,因此对压接型IGBT器件多物理量测试方法的研究有利于解决器件内部多物理场耦合问题,指导设计更有效的器件封装结构,保障器件的可靠运行。压接型IGBT器件内部芯片排列紧密,且密闭在由集电极和发射极极板压接形成的内部空间中,这给器件内部多物理量测试带来了挑战。该文紧密围绕压接型IGBT器件中上述3个关键物理量及其分布性的测试,系统综述小尺度下压力量、温度量、电流量各种测试方法的最新进展,梳理其主要特点,对比其优缺点并探讨其在压接型IGBT器件中的局限性与适用性,在此基础上展望压接型IGBT器件多物理量测试的研究方向。