快速空间电荷测量用高压高频脉冲源的研究

采用电声脉冲法测量空间电荷时需要对试样施加脉冲激励,使试样中的空间电荷发生微弱位移产生机械波。为了获得足够高的信噪比,必须连续采集多个信号进行平均处理,对于多数测试系统平均次数至少需要40次。测量一次所需时间为脉冲频率和平均次数的乘积,因此脉冲源的频率决定了测量的速度。基于高压固体开关设计了高压高频脉冲源,可产生半峰宽5 ns至380 ns的窄脉冲,兼具连续脉冲模式和脉冲簇模式,脉冲重复频率可达3 k Hz,在脉冲簇模式下脉冲间隔最小为1μs,输出脉冲幅值最大为2.5 k V。经设备校验可知脉冲源可有效提高空间电荷测试速度,并适用于交流甚至任意波形下的空间电荷测试。     

微秒和纳秒脉冲激励下甲烷DBD电学特性研究

利用等离子体技术可以裂解甲烷,产生C2烃和氢气等具有更高价值的物质。对等离子体放电参数优化以提高甲烷等离子体转化效率具有重要意义。文中基于同轴DBD反应装置,在自主研制的微秒和纳秒脉冲电源的激励下,改变电源参数和气体流速,研究了甲烷裂解过程中不同参数下初始击穿电压的变化规律、放电图像、Lissajous图形以及单脉冲内的能量和功率,为甲烷转化提供参考。实验结果表明,两台电源作用下气体初始击穿电压均随脉冲重复频率的增加而下降,但纳秒源作用时该趋势更明显;放电强度均随脉冲重复频率增加而加强,相同参数下,微秒源作用时放电更强;施加电压一定时,不同脉冲重复频率以及不同气体流速下Lissajous图形形状几乎一致,微秒源作用时的图形更接近典型的平行四边形;气体流速和脉冲重复频率相同时,两台电源单脉冲内放电能量与所加电压几乎成直线关系变化,气体流速和施加电压相同时,单脉冲内放电能量几乎不受脉冲重复频率的影响,但是纳秒源可以得到更高的瞬时功率。实验表明,脉冲电源可以作用于DBD反应器用于转化甲烷,纳秒源作用时系统的效率比微秒源更高。     

三维脉冲电场传感器的时域校准及不确定度评定

为了满足脉冲电场的校准需求,以三维脉冲传感器为例,建立了一套基于GTEM室的时域校准系统,并对传感器进行了时域校准和不确定度评定。该不确定度分析考虑了场均匀性、输入电压、测量距离以及传感器和标准电场之间的相互关系等因素,通过不确定度合成,得出了在置信概率95%时,校准的总不确定度为5.82%。并在此基础上,对三维脉冲电场进行了时域校准,校准结果表明:传感器的线性度良好,拟合的确定系数为0.998。该研究对于分析电场传感器的时域校准有一定的参考意义。     

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。     

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。     

大功率IGBT模块结温提取研究

为了提高大功率功率变换器的可靠性,需要对大功率绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块进行温度监测,到目前为止,该领域对高压IGBT的研究很少。本文搭建了双脉冲实验平台,对4.5 kV、1.2 kA IGBT模块开关瞬态时的热敏感电参数进行了测量,并对每个参数是否适用在线结温提取以及预期成本进行了讨论。结果表明,大多数参数除温度外还强烈依赖于负载电流和母线电压,最合适的结温提取参数是准阈值电压和开通时集电极电流变化率,它们都可以通过IGBT的寄生电感来获取。     

基于半桥模块的母排设计与并联IGBT均流分析

针对大容量储能变频器的并联绝缘栅双极型晶体管(IGBT)均流问题,首先建立半桥模块功率回路杂散参数与不均流度的数学模型,分析功率回路杂散参数对并联IGBT均流的影响.然后提出一种基于半桥模块的母排设计方案,借助Maxwell,PSIM仿真工具提取母排杂散参数并迭代优化.最终搭建基于半桥模块的4并联IGBT双脉冲试验台.试验结果表明,并联IGBT功率回路杂散电感、杂散电阻偏差值与不均流度正相关,通过对母排多次迭代优化设计,最终降低了并联IGBT动态和静态不均流度,验证了功率回路数学模型的正确性.     

T型三电平IGBT驱动的优化设计与测试

针对所研制的T型三电平绝缘栅双极型晶闸管(IGBT)驱动装置,研究了门极驱动电阻的计算、模块寄生参数的测算及寄生参数对测试结果的影响,进一步研究了双脉冲测试中尖峰电压不对称的原因并提出解决途径。在双脉冲测试平台上,通过测试IGBT模块接线端子间的电压及流过它们的电流在第二个脉冲关断时刻的波形,利用测定的电压峰值和电流变化率,计算出IGBT模块内部寄生的杂散电感大小。结果表明,双脉冲测试中尖峰电压不对称的现象是由IGBT模块内部引线造成的杂散电感严重不对称造成的。此处介绍的测试方法为检测驱动装置、调整驱动参数和优化测试结果提供了良好的依据。     

储能逆变器用T型三电平IGBT模块寄生参数分析

首先讲述了250 kW和500 kW储能逆变器产品拓扑方案和IGBT模块选型。然后,详细说明了T型三电平的双脉冲测试方法,以及利用双脉冲测试方法对IGBT模块内部电路的寄生参数进行测量和计算的原理,进一步验证了该原理的可行性,并据此画出了IGBT模块带有寄生参数的等效模型。最后,分析了其寄生参数对双脉冲测试结果的影响,给出了修正办法。这里所描述的原理和方法对真实评估IGBT模块在各种工况下的安全性能具有重要的意义。     

一种IGBT串联功率模块的设计北大核心

均压控制技术是IGBT串联应用的关键。提出将IGBT的均压过程分为开通动态过程、关断动态过程、拖尾电流阶段和稳态过程均压4个阶段。动态过程采用了门极补偿电容网络;针对拖尾电流衰减时间常数不一致的特点,给出了RC均压回路中吸收电容的计算公式;稳态阶段采用了并联均压电阻。在此基础上设计了一种IGBT串联功率模块,进行了高压大电流下2个IGBT串联的均压试验。试验结果表明:当串联母线总电压为2 k V(单个IGBT最大峰值电压1.85 k V)、回路电流为2 k A时,所设计的IGBT串联功率模块能够实现开通关断周期的全过程均压,动态和稳态的电压不均衡度均小于5%。     

模块化绝缘老化试验高压脉冲电源的研制

根据绝缘材料检测的需要,研制了一种新型的无输出脉冲变压器的高压脉冲电源.基于模块化思想,通过增减模块可以改变系统最大输出峰峰值电压,开发的脉冲电源由4个模块串联而成,电源输出峰峰值电压0～4kV,频率1～20kHz,占空比50%,空载时上升沿小于100 ns,加最大负载时上升沿小于200 ns,完全满足对绝缘材料的检测要求.     

High Voltage Pulsed Power Supply Using IGBT Stacks

High voltage pulsed power supply using IGBT (insulated gate bipolar transistor) stacks and pulse transformer for plasma source ion implantation is proposed. To increase voltage rating, twelve IGBTs are used in series at each IGBT stack and a step-up pulse transformer is utilized. To increase the current rating, the proposed system makes use of synchronized three pulse generator modules composed of diodes, capacitors and IGBT stacks. The proposed pulsed power supply uses semiconductor switches as main switches. Hence, the system is compact, and has semi-infinite lifetime. In addition, it has high flexibility in parameters such as voltage magnitude (10-60 kV), pulse repetition rate (PRR) (10-2000 pps), and pulse width (2-5 muS).     

20kVA高压脉冲电源的研制

介绍了采用IGBT逆变电路的高压脉冲电源的设计和电路构成。该电源可以减少电源对进线电源的谐波干扰,提高电源的品质,减少输出电压的交流分量。     

一种用于脉冲绝缘老化试验的高压脉冲电源

为研究牵引逆变器输出脉冲电压对变频牵引电机绝缘的影响,基于高压脉冲电源,结合牵引逆变器的特点,研制了一种新型高压脉冲电源,脉冲电压峰峰值为0～10kV,频率为300Hz～20kHz,占空比为50%。试验结果表明,该高压脉冲电源上升沿2.95μs,输出功率1.5kW,完全满足变频牵引电机绝缘材料性能试验的要求。     

IR2110在驱动大中功率IGBT模块中的应用

介绍了IR2110驱动芯片的特点,对驱动电路作了部分改进,通过选取合理的参数。加上脉宽限制和电平箱位电路,使其应用于驱动大中功率IGBT模块。实验证明了该电路的可行性。     

一种三电平功率单元试验方法研究

介绍了二极管中点箝位型(NPC)三电平功率单元的特点及吸收电路,分析了由于主电路漏电流的不同引起电容电压不平衡的问题,提出了一种电压均衡电路及一种适用于NPC三电平绝缘栅双极晶体管(IGBT)功率单元双脉冲测试方法,并阐述了NPC三电平功率单元双脉冲开通过程和理论依据,试验验证了该方法的正确性及可行性。     

Feasible enhancement of a three‐phase soft‐switching inverter with an auxiliary resonant DC link snubber

The purpose of this paper is to improve power conversion efficiency of a three‐phase voltage source type soft‐switching inverter with a single auxiliary resonant DC link (ARDCL) snubber. First, the operating principle of an ARDCL snubber discussed here is described. Second, this paper proposes an effective pulse pattern generation method of the zero voltage space vector of the three‐phase soft‐switching inverter using IGBTs or power modules that can reduce power losses in the ARDCL snubber treated here. In particular, a zero voltage holding interval in the DC rail busline of this three‐phase soft‐switching inverter is to be regulated according to the generation method of the zero voltage space vector. Third, the maximum modulation depth M_max under the condition of correction of the instantaneous voltage space vector can be improved by using a new zero voltage space vector generation method. Finally, the feasible experimental results of this inverter are obtained confirming the operating characteristics such as power conversion actual efficiency, as well as conventional efficiency THD and RMS value of the balanced three‐phase output voltage for an experimentally built three‐phase voltage source type soft‐switching pulse modulated inverter using the latest IGBT modules and evaluated from the standpoint of practical applications in industry UPS and new energy systems. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 146(1): 89–99, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10234     

IGBT动态串并联驱动信号补偿的研究

为解决多个IGBT的串并联问题以实现单管IGBT在高电压、大电流场合的应用,在研究了各种IGBT串并联的直接主动控制和间接被动控制方法后分析了IGBT串并联发生动态不均压均流的原因,明确了驱动信号的同时工作是可靠地实现控制方法的关键。结合工程实际的应用,采用一个高频脉冲变压器KCB-02A1来补偿IG-BT门极驱动信号,由电路基本理论推导出该脉冲变压器的参数选取原则;然后运用计算机辅助设计软件PSPICE仿真验证了该方法在IGBT串联动态均压中的有效性;最后通过搭建实验电路验证了该方法能实现并联动态均流的驱动信号补偿,从而能整体实现IGBT串并联的动态实用性,给工程实用中的IGBT动态串并联运行提供了一种可行的方法。