RSD应用中磁开关饱和时间测量

采用串联RLC振荡电路脉冲测量磁开关的电压电流,拟合它的磁滞回线,并提取相关参数对它的饱和时间进行了设计。通过Saber仿真证明了该方法的可行性。通过计算和实验,获得其在300V～3000V下的饱和时间,计算结果在51.4μs到5.1μs之间,实验结果在51.0μs到5.0μs之间。     

基于有源电压控制法和无源缓冲法的IGBT串联均压技术

单个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)由于耐压的限制,在节能和改善电网电能质量、柔性直流输电、高压变频器、静止同步补偿器,以及有源电力滤波器等高压大功率电能变换场合还不能满足需求,而串联使用是一种较好的解决方案,但IGBT的串联使用需要解决一系列综合问题。文中结合有源电压控制(AVC)和无源电阻电容二极管(RCD)均压技术,从栅极驱动模块、参考电压波形、过流保护模块、无源缓冲电路参数计算等方面系统地描述了串联IGBT均压的综合解决方案。在此基础上研制了由4只IGBT模块串联组成的阀臂,并进行了脉冲试验,脉冲放电过程中阀臂中的每只IGBT均压稳定,电压过冲小于5%。在此基础上研制了一套3kV,600kVA的三相电压源换流器(VSC)样机,稳定地进行了额定功率的整流与逆变运行,验证了该IGBT模块直接串联技术的有效性与实用性。     

两种不同预充拓扑的反向导通双晶复合管高压脉冲电路

为了获得窄脉宽下的大脉冲电流,研究了基于反向导通双晶复合管开关的2种不同预充拓扑的高压脉冲电路—直接预充拓扑和变压器预充拓扑。首先建立了RSD的工作拓扑模型,并分析了RSD正常开通所需要的条件:足够的预充电荷量QR和匹配的磁开关延时时间ts;然后按照开通的要求对电容、电感、负载等回路参数进行设计并选择合适的开关;最后,通过Saber仿真和实验验证了设计的合理性,并对结果进行了对比分析。根据实验结果,在主电压10kV下,两种拓扑电路分别成功通过了14μs脉宽下9.0kA的主电流和15μs脉宽下7.5kA的主电流,通过RSD开关的浪涌电流时间平方积分别为545A2·s、426A2·s。实验表明,直接式预充拓扑电路设计和维护相对容易,其主要应用在单次的人工控制环境;变压器预充拓扑电路能实现高低压隔离,其主要应用在重频自动控制环境。     

纳米磁性膜微波特性研究

采用微磁学动态计算方法模拟计算了镍铁合金在多种条件下的高频磁化率。由计算结果得出磁化率虚部出现了两个共振峰：主的共振峰出现在9G赫兹附近，符合宏观的Landau—Lighitz（LL）方程的预测，次共振峰是由于磁畴取向在材料边缘出现张开影响产生的。当材料宽度增加时，共振峰整体向低频方向移动；随着材料边沿曲线化程度的加深，次共振峰不断接近主共振峰，直到只出现主共振峰     

1 700 V IGBT模块直接串联驱动设计

绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)在高压大功率场合的应用越来越广泛,但是高压IGBT的器件价格昂贵,低压IGBT由于耐压的限制,在高压大功率电能变换场合还不能满足需求。直接串联使用是一种较好的解决方案。结合IGBT的直接串联驱动需求,从安全隔离、可靠门级钳位、有源电压控制和过流保护等方面进行研究,设计出相应的门极驱动保护单元(gate drive and protection unit,GDU)并将其运用在3 kV/200 A三相逆变系统,结果验证了驱动的可靠性。     

基于AVC的IGBT直接串联技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在高压大功率场合的应用要求促进了IGBT的串联应用研究,而有源电压控制(AVC)技术能实现IGBT串联应用时的同步工作及电压均衡,已被证明是一种的控制IGBT开关性能的方案。基于此,从AVC的基本原理出发,提出了不同的参考电平及设计要求,设计了基于AVC的门极驱动及保护单元(GDU)板及实验电路。通过6个IGBT串联的10 kV/300 A的脉冲实验,验证了AVC的电压均衡效果。     

IGBT串联阀吸收电路的研究

绝缘栅双极型晶体管IGBT综合了GTR和MOSFET的优点,近年来得到了广泛的应用,但是受限于耐压等级,单个IGBT高压大功率电能变换场合还不能满足需求,而串联使用是一种较好的解决方案。在串联使用中为了抑制器件关断过程中产生浪涌过冲,仍然需要吸收电路进行保护。通过对比分析详细阐述了RCD吸收电路在IGBT串联中的使用优势,并给出了参数选取的原则,同时分析了RCD吸收电路对器件动、静态电压均压的影响,并通过实验予以了验证。     

基于脉冲变压器RSD直接式预充的设计与研究

基于反向开关晶体管(RSD)的工作原理,提出采用脉冲变压器隔离的直接式触发高压RSD,以解决系统对触发开关要求较高的问题。脉冲变压器的作用是隔离主放电回路的高压,同时在有限的时间内给RSD提供足够的预充电荷且经过一定的时间延迟后饱和。据此,利用变压器等效电路对其进行了设计,得到了变压器及电路的相关参数。利用电路仿真软件Saber仿真脉冲变压器的饱和特性,并进行了实验验证。最后以10kV电压通过RSD对负载放电为例,验证方案的可行性,得到峰值为12kA、底宽15μs、di/dt为2kA/μs的主电流。实验完毕,经测试,器件完好无损。     

高压IGBT线性变窄场限环终端设计

为使3300 V及以上电压等级绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作结温达到150℃以上,设计了一种具有高结终端效率、结构简单且工艺可实现的线性变窄场限环(LNFLR)终端结构。采用TCAD软件对这种终端结构的击穿电压、电场分布和击穿电流等进行了仿真,调整环宽、环间距及线性变窄的公差值等结构参数以获得最优的电场分布,重点对比了高环掺杂浓度和低环掺杂浓度两种情况下LNFLR终端的阻断特性。仿真结果表明,低环掺杂浓度的LNFLR终端具有更高的击穿电压。进一步通过折中击穿电压和终端宽度,采用LNFLR终端的3300 V IGBT器件可以实现4500 V以上的终端耐压,而终端宽度只有700μm,相对于标准的场限环场板(FLRFP)终端缩小了50%。     

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。