基于4级U_(ce)检测的大功率IGBT过流保护策略

为了优化大功率绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的过流保护策略,掌握IGBT所处的工作状态,为IGBT提供安全可靠的保护,提出了一种针对不同过流等级的过流保护策略,并且详细介绍了该策略的设计原理和设计方法。该策略可以有效地检测IGBT的过流故障信息,可分别针对过载、硬短路和软短路等不同类型的过流故障提供可靠的关断保护。搭建了4 500 V/900 A的IGBT模块测试平台,测试结果表明,该方案能够准确检测出过载、硬短路和软短路情况,并在短时间内对短路故障实现了可靠的关断,与软关断策略相结合,硬短路关断时间为5μs,关断过压尖峰200 V,软短路关断时间约为10μs,关断过压400 V。     

一种基于di_C/dt反馈控制的大功率IGBT驱动保护方法

针对大功率IGBT提出一种新型的有源门极驱动保护方法。在IGBT正常开通与关断过程中,利用di_c/dt反馈控制,设计软开通及软关断电路,有效缩短IGBT的开通与关断时间,提高IGBT的开关频率,减小器件功率损耗;在IGBT发生短路时,结合di_c/dt反馈技术,设计改进型有源钳位保护电路,实现IGBT软关断,防止关断时产生较大的过冲电压损坏IGBT,同时有效减小门极触发电阻R_g上的损耗。利用Saber软件进行电路仿真,并基于大功率IGBT模块YMIF1200-33实验平台,验证方案的可行性,结果表明,相对于传统控制方案,正常开关情况下,开通时间缩短了26.5%,关断时间缩短了52.6%;短路情况下,相对于传统有源钳位方法,改进方案在有效钳住V_(CE)电压的同时,关断期间门极电阻上的电流减小到原来的35.4%,并能在短路发生的第一时间迅速可靠地关断IGBT。     

大功率IGBT的短路故障检测

电力电子装置核心器件IGBT模块发生短路故障后若不能及时进行保护,则装置可能损坏和损毁,甚至造成重大安全事故和经济损失,尤其对于可靠性要求极高的军事领域。IGBT模块短路后一般依靠其配套的驱动器进行检测及保护,然而目前的驱动器对于IGBT模块短路检测存在盲区。基于此,该文针对IGBT模块硬短路、软短路、过电流等故障现象,通过理论分析及实验测试IGBT短路故障时的电量信号特征,并对比各种IGBT短路故障检测方案的优缺点,提出了一种基于驱动器利用简单运放电路等进行IGBT集电极电流在线估计的方案,实现了IGBT模块较为完善的短路故障(硬短路、软短路、过电流)检测。     

重杂散电感电磁搅拌专用变频电源IGBT关断尖峰电压研究

由主电路回路和功率器件内部寄生杂散电感引起的电磁搅拌电源中IGBT开关器件关断尖峰电压过高是电磁搅拌专用变频电源失效的主要原因之一。以某公司老一代大功率电磁搅拌器专用变频电源中IGBT关断尖峰高导致功率开关器件过压损坏为例,首先分析了IGBT关断尖峰电压产生的原因及IGBT关断尖峰电压过高带来的危害,接着总结目前常用的IGBT过压尖峰解决办法及利弊,并最终采用IGBT的分级关断技术方案来解决电磁搅拌专用变频电源中IGBT关断尖峰电压过高的问题。实践证明,采用所提出的解决IGBT过压尖峰的措施后,几乎杜绝了电磁搅拌器专用变频电源因IGBT过压而失效的现象。     

落木源电子推出新款IGBT驱动芯片TX-KP101

近日,北京落木源电子推出一款用于控制200-600A模块的IGBT驱动器TX-KP101,其自带DC/DC高隔离电压辅助电源,使用时只需从主控板取得15VDC电源,外围电路简单,使用方便。IGBT的开通和关断分别控制,短路过流时实行软关断保护,并封锁PWM信号以确保软关断完成,能确保不会因IGBT过流而导致损坏。TX-KP101特别适用于电动汽车、逆变器、UPS、变频器、电焊机、伺服系统及轨道交通等领域上的应用。内部集成高效率工业级高隔离电源,客户只需从主控板取得15VDC电源即可满足要求,这意     

基于门极阻容补偿网络的IGBT串联均压方法

针对IGBT串联应用中关断过程均压问题,对IGBT的关断过程进行了详细分析,总结出影响IGBT关断过程的核心等效电路和计算公式。在此基础上提出一种基于门极补偿阻容网络的IGBT串联均压方法,推导出增加门极阻容补偿网络后串联IGBT动态电压不均衡度和关断时间影响的计算公式,并提出门极阻容网络参数的选取原则。建立基于Lumped Charge方法的IGBT半物理数值模型,对IGBT门极阻容补偿网络进行仿真验证。给出了实际测试工况下的补偿网络参数,建立IGBT串联均压实验系统,进行多种电压、电流工况下的实验验证。仿真和实验表明:该方法可以有效控制串联IGBT的延迟时间和动态电压上升速率的差异,在母线电压为2 000V和关断峰值电流为1 500A时,采用该控制方法可将串联IGBT的动态尖峰电压不均衡度由14.4%降至6.3%。     

IGBT短路保护的控制策略分析

简述了硅整流器和晶闸管的短路保护的基本方法,即利用交流电网侧加适度的电抗器、器件串联快速熔断器.但是这种方法仅适用于电流过零关断的工作条件,对于工作在硬开关条件下的IGBT不适用;分析了IGBT在短路模式下的工作状态、短路保护需要的时限以及其他相关元件对IGBT短路状态的承受能力;指出在短路保护过程中降低栅极电压减缓关断速度是IGBT短路保护的有效手段.     

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DSP的大功率永磁直流电机调速系统设计

大功率永磁直流电机具有效率高、体积小等许多优点。设计了基于DSP的大功率永磁直流电机调速系统,系统功率电路采用IGBT模块作为开关器件,采用分时电路为主电路,即减小了输入电流的脉动,又减小了电机电流波动。为了减小系统的体积重量,系统没有输入电感,用IGBT储能电容抑制电压尖峰和输入电流纹波,给出了电容充放电电流计算公式,公式表明电容充放电电流最大值等于负载电流。利用PWM调制,实现了系统软启动、软关断和转速调节。实验表明,在最大转速时I,GBT电压尖峰小于输入电压的40%,输入电流波动小于额定值的25%。     

基于PCB罗氏线圈的SiC MOSFET短路保护研究

SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)过短的短路承受时间增大了短路保护的难度,传统退饱和法较长的检测时间容易对SiC MOSFET造成严重冲击。印制电路板(PCB)罗氏线圈高带宽交变电流检测及反应灵敏的特性,使其适用于功率器件短路的快速检测。在SiC MOSFET发生短路时,利用PCB罗氏线圈配合复合式积分电路提取瞬态变化电流,进行反馈控制,有效缩短短路保护的延迟时间。通过软关断,减小关断过程中过高的电流变化率导致的过压对SiC MOSFET造成过大的冲击。实验结果表明,采用PCB罗氏线圈电流检测法能在短路发生第一时间迅速可靠地关断SiC MOSFET,实现短路保护。     

具有完善短路保护功能的IGBT驱动器HL402

研制出具有降栅压逻辑模式及软关断两种保护功能的ＩＧＢＴ厚膜驱动器的ＨＬ４０２，解决了低饱和压降ＩＧＢＴ的短路保护问题，经短路实验证明，该ＩＧＢＴ驱动器具有优良的驱动和保护性能。     

新型ZCT软开关PWM变换器的研究

本文提出了一种新型的ZCT软开关变换器,主管为零电流关断,辅助管为零电流通断,特别适用于IGBT作为开关器件的高电压、大功率应用场合。通过理论分析、参数选择、电路仿真和实验结果加以说明。     

基于栅极控制的IGBT关断过电压研究

由于线路中杂散电感以及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。通过对IGBT关断过程的分析,提出了一种新的IGBT过电压抑制方法,并通过pspice仿真以及实验验证了新的过电压抑制方法的正确性和优势。     

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。     

智能化IGBT驱动电路研究

研究并设计了一种基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)的智能化IGBT驱动电路.该电路由CPLD实现各种控制、保护逻辑.驱动电路的高、低电平驱动方式可通过改写CPLD中VHDL源代码来实现.同时,该电路可以选择两路直接驱动和桥臂互补驱动两种工作模式.电路具有开通盲区设置,死区时间设置功能,短路保护运用软降栅压结合软关断技术,软降栅压时间,软关断斜率可通过外接电路自由整定.电路本身自带隔离驱动电源.试验证明该电路具有良好的驱动及保护能力.     

新型无源无损软开关Cuk变换器的研制

针对传统的无源有损(RLD/RCD)Cuk变换器开关损耗高、开关瞬间电流与电压尖峰大和系统转换效率低的不足,研究了一种新型的无源无损软开关Cuk变换器。分析了变换器的工作原理,详细阐述了各阶段工作模态,设计了电路的参数,并最终研制了一台400W的实验样机。实验结果表明,该变换器实现了开关管的零电流开通和零电压关断,可有效降低开关损耗,减小开关瞬间电流与电压尖峰和提高系统转换效率。     

一种用耦合电感实现零电压零电流开关的移相全桥变换器

在高压大功率场合,通常用IGBT作为开关器件。由于其关断的电流拖尾现象,IGBT零电流关断能有效减小开关损耗。提出一种新型移相全桥零电压零电流开关(ZVZCS)方案,通过1个双绕组的耦合电感和2个二极管实现滞后臂开关管在宽负载范围的零电流关断(ZCS)。所增加的二极管可以实现软开关,耦合电感的漏感并不会对增加的二极管产生附加的电压应力。为减小耦合电感的励磁电流对ZCS的影响,通过在所增加的2个二极管上各并联一个小电容,在不增大耦合电感尺寸的条件下增加复位电压的作用时间,保证滞后臂开关管的ZCS。在理论分析的基础上进行了计算机仿真,并设计了一台开关频率为68 k Hz、输出为100 V/10 A的样机进行实验验证。仿真和实验结果证明了所提方案的有效性。     

混合式直流断路器IGBT关断能力提升技术研究

混合式高压直流断路器主要由快速机械开关和电力电子器件构成,主要依靠快速机械开关承载电流,通过电力电子器件开断和关合电流,为基于MMC柔性直流输电提供直流侧短路保护。但是直流断路器分断电流大,远远高于IGBT常规分断能力。文中根据直流断路器IGBT的特殊工作条件和电气应力,分析影响IGBT关断能力提升的影响因素,分别从降低IGBT导通损耗、关断损耗和抑制IGBT关断过电压等3个方面提升IGBT的可关断电流能力。文中首先仿真不同回路参数对IGBT损耗的影响,通过优化IGBT退饱和能力和关断过程暂态特性,降低关断损耗,最终完成IGBT结温仿真校核。同时通过研究IGBT关断过电压的影响因素,仿真不同回路参数对IGBT过电压的影响,提出抑制IGBT的关断暂态过电压的具体方法。研制50 kV转移支路阀组,搭建试验平台,完成26 kA的大电流开断,IGBT稳态损耗和暂态损耗都得到有效控制,相关技术和研制设备已经应用张北工程±535 kV混合式高压直流断路器项目,具有十分重要的工程意义。     

一种新型的零电压零电流转移DC-DC变换器

提出了一种新型的零电压、零电流转移DC-DC变换器，即通过采用两条辅助谐振网络实现了全部主、辅开关管的软开关，主开关管实现了零电压零电流开通、零电压零电流关断，开关管电压电流应力小，辅助开关管实现了零电流通断，特别适用于以IGBT作为开关器件的高电压大功率场合。并以其在Boost变换器的应用为例分析了它的工作原理，软开关实现条件，给出了谐振参数的设计方法，该软开关设计思想可以推广到其它基本的DC-DC变换器中。电路仿真和实验结果验证了所提出的方案是可行的。     

一种零电压零电流转移斩波电路

为实现一种结构简单,高效,高频,低电压应力,简单控制的软开关升压变换器,提出一种零电压零电流转移斩波电路,并以其在Boost变换器的应用为例分析了其工作原理、软开关实现条件以及该电路的设计方法。仿真和实验结果表明:通过采用两条辅助谐振网络实现了主、辅开关管的软开关;主开关管实现了零电压关断,开关管电压电流应力小;辅助开关管实现了零电流通断,特别适用于以IGBT作为开关器件的高电压大功率场合。该软开关设计思想可以推广到其它的基本斩波电路中。