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.     

IGBT串联型电压源换流器的桥臂直通机理分析

应用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联组件是提高电力电子装置耐压最直接的方法,但将门极RCD有源均压电路应用于五段式空间矢量脉宽调制(SVPWM)的电压源换流器(VSC)时,可能会产生桥臂直通短路现象。从均压电路工作原理出发,分析IGBT均压箝位电容电压突增导致换流器桥臂直通短路的机理,并通过实验验证了该桥臂直通短路现象的存在,基于门极RCD有源均压的串联IGBT组件不宜用于五段式SVPWM的VSC中。     

IGBT复合母排换流回路电感研究

以一类NPC型三电平逆变器为例,通过功率单元开关状态变化分析得到IGBT复合母排的4种换流回路路径;在Ansoft Q3D仿真软件中建立了换流回路1:1模型,计算了典型频率下的回路电感参数;利用谐振阻抗分析法实测了该类复合母排的换流回路电感,结果验证了仿真计算的可靠性和有效性。该分析和仿真计算方法可用于指导大容量电力电子变流设备复合母排的参数计算与优化设计。     

IGBT串联均压方法综述

绝缘栅双极性晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)在高电压场合应用时需串联使用满足电压需求。由于器件内部的性能差异和外围电路参数不一致等,引起IGBT模块之间电压不均衡问题,威胁其运行安全。综述了国内外IGBT串联均压方法的发展及其研究现状。根据均压方法机理的不同,将IGBT串联均压方法分为被动均压方法和主动均压方法两种,进一步将主动均压方法归纳为无源控制方法和有源控制方法两类。根据各类方法的基本电路拓扑分析了均压原理,梳理了不同方法在电路拓扑、参数选择和控制策略等方面的优化和最新进展。通过均压效果、附加损耗和可靠性等多方面对不同均压方法进行对比,被动均压方法拓扑简单不需外加控制电路更适合在低频应用场合,在高频应用场合中,准有源栅极控制法以单驱动与无源器件相结合的方式,具有良好的发展前景。最后对IGBT串联均压方法进行了展望。     

一种新型的IGBT开路故障诊断实现方法

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开路故障特点,提出一种新型的基于小波包分解,核主成分分析(KPCA)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)的故障诊断方法。首先对原始信号进行3层小波包分解提取出特征向量,然后利用KPCA方法来实现特征降维,最后建立了基于LS-SVM的故障分类器。实验结果表明该方法具有良好的准确性和实时性。     

大功率IGBT串联电压不平衡机制研究

随着电力电子技术及其应用的快速发展,高压大功率换流器的应用越来越多。大功率绝缘栅双极晶体管（insulationgatebipolartransistor,IGBT1串联是实现高压大功率自换相换流器的一个重要基础。大功率串联IGBT运行中,最难解决的是串联IGBT之间的电压不平衡问题。为推进高压大功率换流器的研究,对大功率串联IGBT中器件间的电压不平衡机制进行了系统的研究。根据IGBT阀在串联运行时的主要静态、动态过程,结合IGBT自身的特性,得出了影响产生串联IGBT电压不平衡的各个因素,并对各个元件间的电压不平衡度进行分析,为进行串联IGBT电压平衡化的控制打下基础。     

基于IGBT串联运行的动态均压研究

绝缘栅双极晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)串联运行易于实现IGBT的扩容,但同时也带来了不均压的问题。设计了以L,R为感性负载的实验电路,采用仿真软件PSpiee仿真分析出IGBT串联运行时动态不均压原因是吸收电路参数不一致、门极驱动信号延时不同、门极驱动电路参数不一致引起的。并提出了IGBT串联运行动态均压措施(选同型号IGBT、吸收电路参数与结构一致、门极驱动信号同步、门极电路参数一致)。     

一种新电路在IGBT串联技术中的应用

动态均压是IGBT串联技术的关键.在分析和研究国内外多种1GBT串联均压电路和均压方法的基础上,采用一种结构简单、控制容易的辅助均压电路对IGBT进行均压,并对其工作机珲进行了说明.通过软件Pspice进行仿真,从理论上论证在IGBT串联中辅助均压的可行性.最后,通过试验验证该电路在IGBT串联电路均压的有效性.仿真和实验表明,该电路能够有效地使串入电路中的IGBT实现均压,给工程应用提供了一种IGBT串联的均压方法.     

IGBT全桥穿通特性及退化分析

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在桥式电路中的穿通现象会使得同一桥臂的两个IGBT同时导通,发生短路烧毁。利用Simulink软件对IGBT电路进行仿真分析,通过实验电路对IGBT实际工作进行测试及比较,探讨了母线电压、栅极电阻、栅-射极间并联电容对IGBT感应栅压的影响;并对桥式结构中IGBT各电参数的退化情况进行详细地分析,可得:母线电压对感应栅压的大小基本无影响;栅极电阻与感应栅压呈正相关;栅-射极间并联电容越大,感应栅压越小;集电极漏电流和通态电阻退化明显。并根据分析讨论结果,给出优化方案,对提高桥式结构中IGBT的可靠性有着重要意义。     

新型半桥式IGBT逆变中频感应加热电源

由于全桥晶闸管并联逆变电源的输出电压高,感应圈长,噪声大,受工作频率限制．加热中小锻件的效率低。为此．研制了一种新型半桥式IGBT逆变中频感应加热电源。该电源的半桥式逆变电路由一对二极管及反向并联的IGBT模块构成。控制回路由启动、频率跟踪、驱动信号、缺水保护电路组成。该回路可产生频率跟踪炉体的脉冲信号,通过三角波发生器连接电压比较器,经二极管互锁再驱动模块,使线路结构简单。文中分析了电源主回路和控制电路的结构及工作原理。主电路的仿真和试验结果表明,电源输出电压仅200V左右,工作频率可达1kHz,功率因数接近于1,提高了电热效率。     

采用逆阻型IGBT的零电流开关PWM电流源型半桥变换器

电流源型半桥变换器(current-fed half-bridge converter, CFHB)由于变压器漏感的存在引起了开关管关断电压尖峰。为解决这个问题，该文提出一种新的ZCS PWM CFHB变换器，主功率器件选用逆阻型IGBT(RB-IGBT)可以彻底消除主功率管的电压尖峰和有效减小谐振电流峰值。该文详细分析了这种新型变换器的工作原理和特性，并在一个600W的原理样机上进行验证，最后给出试验结果。     

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。     

H桥逆变器IGBT开路故障诊断方法研究

针对H桥结构的逆变器中功率器件(insulated gate bipolar transistor,IGBT)开路故障的特点,提出了基于小波多分辨率分析、核主成分分析和最小二乘支持向量机的故障诊断方法。此方法选取半个基波周期的电容电压平均值为原始信号,避免了负载变化对故障诊断的影响。首先利用小波多分辨率分析对原始信号进行多尺度分解提取出特征向量,然后利用核主成分分析方法来实现特征降维,最后建立了基于最小二乘支持向量机的故障分类器。在一台660 V低压静止同步补偿器试验样机上进行了试验和分析,结果表明该方法具有良好的准确性和实时性。     

IGBT驱动电路性能分析

阐述了对ＩＧＢＴ驱动器的基本要求,介绍了ＩＧＢＴ驱动器的各种电路形式及特点,指出了使用时应注意的问题。     

单元串联变频器IGBT故障诊断方法

针对单元串联多电平高压变频器的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)故障检测问题,基于镜像电流源原理,搭建通过功率单元直流母线电压控制的逆变桥臂输出电压逻辑检测电路,并给出功率单元输出逻辑与驱动信号逻辑的关系,通过动态判别逻辑关系的正确性,诊断出IGBT的故障状态。实验结果表明,该方法诊断迅速,能够在10μs以内正确检测出功率管的故障状态,相比基于各种算法的故障诊断方法,该方法可靠实用,对单元串联型多电平高压变频器的故障诊断具有工程应用价值。     

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。     

直流微网混合式断路器IGBT串联均压特性

混合式断路器在直流微网应用中将多个绝缘栅双极晶体管(insulated gatebipolar transistor,IGBT)串联以承受关断过电压,为此对IGBT串联动态均压特性展开探讨。首先,分析了IGBT串联动态不均压原因及电阻、电容、二极管(RCD)无源缓冲均压电路工作原理;其次,通过仿真分析不同RCD电路参数对均压特性、IGBT关断损耗及过电压、二极管反向电压的影响;最后,搭建容量为1.2 kA/2.4 kV的IGBT串联开断单元,以500 ns关断时间差、600 A短路电流为实验条件,进行开断验证。研究结果表明:缓冲电容在一定范围内越大,IGBT的过电压、关断损耗、不均压程度越小,但过大的电容值对3者减小的作用有限;缓冲电阻在一定范围内越大,避雷器关断后,电路阻尼振荡的抑制效果越好,但二极管承受的反向电压会增大;结合仿真和实验,提出缓冲电容2～3μF,缓冲电阻2Ω的最佳电路参数,并在此基础上给出二极管选型原则。该文通过研究获得的RCD无源缓冲电路均压特性,可为工程应用提供一定技术参考。     

基于PVI与运放的IGBT串联均压电路研究

介绍了一种采用PVI和运算放大器控制高压绝缘栅双极晶体管(IGBT)串联均压的方法.简述了基于光压隔离器(PVI)的串联IGBT隔离驱动电路和基于PMOSFET的均压串联反馈电路,详述了采用运算放大器反馈控制实现高压IGBT串联均压的方法.最后,将PMOSFET均压和运算放大器反馈控制均压电路分别运用到高压恒流源中,通过对实验数据的分析比较,运用运算放大器反馈控制均压误差小于0.6%,优于PMOSFET均压效果.     

IGBT失效机理与特征分析

简要介绍了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的结构特点与寄生效应,分析了IGBT的过应力失效机理,并从失效现象与失效条件入手,描述了IGBT因过压、过流、过热及过机械应力等失效的典型特征,指出了失效机理与特征之间的对应关系,以便于使用者在实际应用中尽快找到IGBT的失效原因并合理地使用IGBT器件。