基于IGBT开关过程的变流器杂散电感分析方法

在IGBT关断的瞬态过程中,变流器杂散电感会使IGBT的集、射极之间产生较高的电压尖峰,从而造成较大的电磁干扰,甚至导致IGBT损坏。若能测量变流器杂散电感,则可在一定程度上预估该电压尖峰,并设计适当的缓冲电路。本文分析了IGBT开通和关断瞬态过程中各阶段的电压和电流,提出了一种优化的基于IGBT开关过程的大功率变流器杂散参数分析方法。通过双脉冲测试方法对西门康功率器件SKM400GAL176D的开关过程进行测试,获取其开通和关断瞬态过程曲线,利用前述方法计算出母排杂散电感。将计算结果与仿真软件提取结果、E4980A阻抗分析仪测试结果进行对比,验证了该方法的准确性与实用性。     

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。     

开关磁阻电机功率变换器IGBT关断电压尖峰的分析与抑制

本文针对开关磁阻电机（SRM）功率变换器中的IGBT在关断时出现的尖峰电压进行了分析,就如何抑制IGBT关断尖峰电压提出了解决方法,并分别从减小主电路杂散电感和减小IGBT关断时电流的变化率两个方面出发,在结构上使用多组电解电容和叠层母排,以便减小换流回路,从而减小杂散电感。在驱动方面使用有源嵌位技术,减小IGBT关断时的电流变化率。     

基于杂散电感的IGBT开关特性优化方法研究

针对大功率变流器中绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关特性中由杂散电感引起的关断电压尖峰问题,首先利用Simplorer软件对应用中的IGBT模块进行建模,搭建单桥臂仿真电路,通过对比在不同杂散电感下IGBT开通关断瞬时的电压与电流波形,对这一问题进行分析与研究,然后提出一种直流侧与电容组两端布局的优化方法,降低了线路杂散电感的总量,使IGBT关断特性中的电压尖峰得到了有效抑制,同时缩短了IGBT的开关时间。最后通过一套功率为1.3 MVA的三相两电平逆变器进行实验,实验与仿真结果的对比证明了该优化方法的有效性。     

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。     

基于Simulink的IGBT缓冲电路的仿真研究

本文分析了在IGBT开关过程中浪涌电压形成的原因,给出了电路杂散电感的测试方法,结合常用的五种缓冲电路的特点和使用范围进行了比较,对RCD限幅钳位型缓冲电路的工作原理进行了详细分析,推导出了RCD缓冲电路器件参数的计算公式,利用Simulink对RCD限幅钳位型缓冲电路做了仿真,表明了RCD限幅钳位型缓冲电路对IGBT...     

有源电力滤波器缓冲电路的参数优化设计

针对APF主电路中IGBT开关产生过大尖峰电压的问题,提出一种有效的RCD缓冲电路参数优化设计方法.通过对缓冲电路工作原理的分析,推导和计算出缓冲电路参数的设计公式.仿真和实验结果表明,该设计能够有效抑制IGBT产生的尖峰电压,提高EMI特性,保证电路的可靠运行.该设计成功应用于1台100 kV.A有源电力滤波器实验样机,该样机的长期运行,证明了该方法的有效性和实用性.     

IGBT模块的杂散参数计算与封装设计研究

绝缘栅型双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块由于线路杂散电感的存在使得在开通和关断的瞬态过程中产生过大的电压尖峰,过压会使IGBT芯片的集电极电流增大从而导致结温上升,且其是导致IGBT模块失效的一个重要因素,通过有限元仿真软件Ansoft Q3D Extractor对键合线结构IGBT模块的杂散参数进行计算并对其封装结构进行优化,设计可有效降低IGBT模块杂散参数的平板封装结构,结果显示平板封装IGBT模块的主回路杂散电感为11.365 n H,电阻为0.409 m?,与键合线结构IGBT模块相比,杂散电感降低55.1%,电阻降低13.2%。     

功率回路杂散电感对IGBT并联均流的影响

母排设计时,为了减小绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的关断瞬态电压尖峰,通常会将功率回路杂散电感设计的尽可能小,但回路杂散电感的大小也会对IGBT的并联动态均流产生影响。针对此问题,首先建立了功率回路杂散电感影响不均流度的数学模型,找到不均流的影响因素;然后,以IGBT物理模型结合Simulink仿真平台分析了回路杂散电感对并联均流的影响趋势;最终,通过双脉冲测试进行了验证,结果表明在该测试平台中,回路杂散电感减小2倍,最大会增加约10%的不均流度。     

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。     

基于开关瞬态过程分析的大容量变换器杂散参数抽取方法

由于线路杂散电感存储能量的释放,绝缘门极双极性晶体管（insulatedgatebipolartransistor,IGBT）在开通和关断的瞬态过程中,其两端将产生电压尖峰。为了对该电压尖峰进行定量研究,需要对IGBT开关过程进行分析,抽取线路的杂散电感参数。传统抽取方法通常利用IGBT关断电压的最大幅值以及近似的电流斜率作为计算参数,其计算结果并不精确。为得到更精确的结果,提出一种新的参数抽取方法,通过将IGBT开通、关断的非线性过程分解为多个线性阶段,并充分考虑反并联二极管前向恢复和反向恢复的影响,在此基础上得到电压过冲△Uot。和相对应的di／dt,进而得到准确的杂散参数抽取过程。最后,将该分析方法在一台75kVA的单相逆变器进行实验验证,利用不同工况下的开通和关断过程进行线路杂散电感抽取,均得到一致的结果,从而证明了本方法的有效性与正确性。     

A simplified method of calculating busbar inductance and its application for stray resonance analysis in an inverter dc link

Sinusoidal PWM control is widely applied to power electronic converters. The carrier frequency of recent converter products is gradually being raised in order to decrease current harmonics as much as possible. However, in the dc filter circuits of large capacity converters, the capacitance of a unit capacitor is relatively large, and the busbars are relatively long. Therefore, the resonant frequency is lower than those of small capacity converters. Consequently, there is a concern that the carrier frequency will become close to the resonant frequency, which will cause trouble. On the other hand, it is often necessary to decrease the inductance of the loop circuit consisting of a switching device and its by‐pass circuit, in order to suppress the switching surge voltage. In both cases described above, it is important to be sure of the exact busbar inductance for reliable design. In this paper, a simplified method of calculating busbar inductance is proposed. This method is based on the partial inductance theory. In particular, the characteristics of a pair of busbars, and the use of the method are described. Finally, an application to stray resonance analysis in the dc filter circuit of a three level inverter is described in comparison with experimental data. From these results, we confirmed that the proposed method is usable to estimate busbar inductance quickly and accurately. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 126(3): 49–63, 1999     

逆变器中杂散电感对IGCT端部电压的影响

为了分析逆变器中杂散电感对集成门极换相晶闸管（Integrated Gate Commucated Thyristor,简称IGCT）端部电压的影响,利用PSpice软件包建立了IGCT的2T-3R子电路模型,得出了考虑逆变电路中杂散电感影响的IGCT端部电压仿真波形。分析对比后可知,在杂散电感较大的情况下,尤其是换流回路杂散电感较大时,会使IGCT输出端产生过电压,严重时会使IGCT击穿。通过安装关断吸收电路,可以有效地降低IGCT的端部过电压。     

受杂散电感影响的大容量变换器中IGCT关断特性研究

集成门极换流晶闸管(IGCT)是大容量变换器高效可靠运行的重要元件。电路杂散电感会严重地影响IGCT的关断特性，增大器件的电压应力和关断损耗，甚至导致器件损坏。以基于IGCT的12 50 kW/6 kV三电平变频器为例，通过理论分析、仿真和实验，深入研究杂散电感对IGCT关断特性的影响。通过引入影响因子的概念，评估不同支路杂散电感影响的严重程度，据此提出杂散电感的设计原则。结合变换器柜上的单管IGCT测试方案，使得杂散电感和IGCT关断特性的准确预估成为可能，为基于IGCT的大容量变换器的设计和优化提供了重要的指导。     

High-voltage testing on UHV equipment: Overshoot and base curve for oscillating lightning impulse

As the higher impulse testing voltage, residual inductance of the test circuit or the stray capacitance of the test object increases with size. This means that the overshoot superposed on standard lightning impulse voltage would not be neglected because of its larger value during the lightning test. This paper describes the analysis of overshoot and oscillation based on the equivalent circuit containing a residual inductance. The waveform parameters such as relative overshoot magnitude, oscillation frequency are also derived to evaluate the influence of the residual inductance in the impulse testing circuit. The oscillating impulse waveform is related to the base curve of the standard lightning impulse. Furthermore, the base curve for oscillating impulse is proposed by the analysis. Copyright © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Capacitor current imbalance and its suppression method between phase legs for three‐phase inverter

This paper proposes a method to suppress the capacitor current imbalance between the phase legs of a three‐phase inverter circuit. This circuit consists of half‐bridge modules and DC‐link capacitors closely connected to each module. It can be designed for low stray inductance between power semiconductor devices and DC‐link capacitors in each module. However, in the conventional structure, the stray inductance between the phase legs may lead to an imbalance in the capacitor current due to the DC‐side resonance phenomenon under a higher switching frequency condition by using a SiC MOSFET. This paper presents the analyses of the equivalent circuit considering the circuit configuration, which suggests that capacitor current imbalance occurs depending on the stray inductance between phase legs. To suppress the capacitor current imbalance, a delta‐type bus bar connecting phase legs is proposed. The experiment results at 300 V and 4.6 A demonstrate the suppression effectiveness of the proposed method.     

基于4次线性微分方程的雷电冲击试验波形分析

当冲击试验电压高时,冲击试验电压的波形叠加过冲和振荡。这是由于冲击试验回路的残余电感、被试设备的大杂散电容或二者共同作用产生的。文章用4次微分方程式对振荡冲击试验的等值回路进行了分析,结果表明,波形可分为非振荡波头、振荡波头、非极性反转波尾、非振荡的极性反转波尾和振荡极性反转波尾5个部分。非振荡的极性反转波尾和振荡极性反转波尾的产生原理是不同的。波形的高频分量定义为振荡波形,非振荡波形是不含振荡波形成份的波形。文章的研究结果是后者的产生原因和等值电阻、等值电感的关系以及4次方程的根有关。文章给出了它们之间的关系。     

航天继电器尖峰电压试验系统的研究

航天继电器被广泛用于电子系统中执行系统配电、信号切换等功能,其控制端须能承受电源系统上耦合的尖峰电压干扰。为了对航天继电器进行尖峰电压敏感度试验,本文利用高速开关器件IGBT和高频电感、电容,设计了一种基于二阶振荡环节的尖峰电压发生器,并采用解析法和蒙特卡罗法分别进行了振荡环节的参数设计和容差设计,同时设计了航天继电器时间参数监测电路,实现了受试航天继电器敏感度试验。结果表明,该尖峰电压试验系统能产生符合GJB 1513规定的尖峰电压,满足了航天继电器尖峰电压试验要求。     

反激变压器漏感和分布电容的影响分析

针对反激变压器工作在高频情况下寄生参数不可忽略的事实,详细分析了变压器漏感和分布电容给反激变换器带来的影响。首先,分析了理想变压器情况下电流断续模式反激变换器的工作过程;其次,分析了理想变压器中只加入漏感、只加入分布电容、同时加入漏感和分布电容3种情况下寄生参数对反激变换器工作过程的影响;最后,设计了一台反激变换器实验样机对寄生参数的影响进行了验证。实验结果表明,漏感会在开关管关断瞬间的漏源电压上产生一个电压尖峰,分布电容会在开关管开通瞬间的漏极电流上产生一个电流尖峰,同时开关管截止期间漏感和分布电容之间以及励磁电感和分布电容之间产生的谐振会在开关管的漏源电压上叠加相应的振荡。