并联IGBT模块静动态均流方法研究

IGBT模块在电力电子技术中得到了越来越广泛的应用,在大功率应用中为了扩大电流容量,会将开关器件并联使用。IGBT模块并联使用时的主要问题是静态不均流和动态不均流,基于IGBT模块的输出特性曲线,建立了并联IGBT模块的静态模型,分析了影响静态不均流的主要因素,通过调整栅压法及外加阻抗法改善了静态不均流;基于IGBT模块的分布参数模型,建立了并联IGBT模块的动态模型,分析了影响动态不均流的主要因素,通过栅极电阻补偿法改善了动态不均流,并提出了一种基于模块参数的主动门极控制均流方法。文中两只IGBT模块(1 200 V/300 A)并联的实验研究证明了模型的正确性和静动态均流方法的有效性。     

电路拓扑对并联大功率IGBT模块影响的研究

为了增大单变流器的输出电流和功率密度,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块往往被并联使用。实际使用过程中电路拓扑结构的不对称对并联模块的均流特性有非常大的影响。研究了电路拓扑结构对并联模块动静态特性的影响,通过不同结构布局的对比,分析了其对并联IGBT功率模块动静态特性的影响。最后提出了在并联IGBT模块的输出端采用耦合电感来实现动静态均流的方法,与采用单独电感相比,实验验证了此方法对并联IGBT功率模块的动静态均流具有明显的优越性。     

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.     

大功率IGBT并联运行时均流问题研究

绝缘栅双极晶体管(IGBT)的并联运行能够承受更高的负载电流,但同时也带来了动、静态的均流问题．从理论上分析认为导致动、静态不均流的主要因素是器件的饱和导通压降Uce(sat)不同引起的。提出了IGBT并联均流的措施,指出了构建IGBT并联电路的要点,以及应用栅极电阻补偿法进行均流,仿真分析验证了提出的方法措施可行。     

并联谐振感应加热电源扩容设计与应用*

为提高大功率并联谐振型感应加热电源的稳定性和功率密度,在电源设计中采用了IGBT和逆变桥双重并联的扩容方法,其中双重并联设计的重点是IGBT和逆变桥的均流.在基于IGBT并联模块驱动脉冲一致的情况下,分别建立了IGBT和逆变桥并联电路等效模型,分析了电路杂散参数对均流的影响.利用Simulink仿真验证了杂散参数对IGBT和逆变桥均流的影响.在电源样机中通过对并联IGBT模块驱动脉冲的一致性设计和合理的结构设计,取得了较好的均流效果.     

基于对偶原理的IGBT并联均流缓冲电路研究EI北大核心CSCD

多个绝缘栅双极型晶体管(insulategatebipolar transistor,IGBT)并联是大功率电力电子应用领域提高设备电流等级的一条重要途径,而实现IGBT之间的并联均流则是保证其安全稳定运行的关键。文章在对IGBT串联均压缓冲机理研究的基础上,从在IGBT两端并联电容可降低电压变化率的原理出发,推断出可通过串联电感来抑制IGBT电流的变化,进而应用对偶原理构建出一类基于串联电感的并联均流缓冲电路及其改进型拓扑。结合模态图从理论上分析新型缓冲电路工作原理,发现所提出IGBT并联均流缓冲电路具备结构简单、易于实现的优点,还兼具静态和动态均流效果。仿真和实验表明所提出方法可以有效抑制过电流,降低电流不均衡度。     

大功率IGBT模块并联动态均流研究

绝缘栅双极型晶体管IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）的并联组合作为电感储能型脉冲功率系统中的主断路开关,就会在关断大电流时出现各并联模块的动态不均流现象。工程应用中,各IGBT模块门极驱动信号的不同步是导致该不均流的主要原因。文章分别就栅极电阻补偿法和脉冲变压器法对驱动信号的同步性补偿作用进行了理论研究和两个IGBT模块并联均流的实验验证,结果表明两种方法均可以达到很好的动态均流效果。然后在对比分析两种方法的基础上提出了利用脉冲变压器级联可以实现多个IGBT模块并联驱动信号的补偿,通过计算机辅助设计软件PSPICE仿真验证了该方法在三个IGBT模块并联使用时的有效性。     

IGBT直接并联技术在大功率变流器中的应用

此处分析了一种应用于轨道交通大功率变流器的IGBT直接并联技术,分析其均流效果,对两种IGBT对称布置与4种集成交流输出铜排的低感母排进行设计分析,并通过杂散电感仿真对低感母排性能进行分析,最后通过双脉冲试验和变流器功率考核试验验证了IGBT并联的均流效果。结果表明,IGBT直接并联技术在大功率变流器应用中具有良好的均流效果和低的电压尖峰,有助于提高变流器的可靠性。     

大容量风电变流器中IGBT模块多并联策略

IGBT(绝缘栅双极型晶体管)在耐压及通流方面性能的加强使其在大功率应用场景中较GTO(可关断晶闸管)、 IGCT(集成门极换流晶闸管)等其他全控器件更具优势。IGBT模块作为风电变流器的核心应用器件,为了满足变流器大功率化的需求,需要将IGBT模块并联使用。通过梳理现有IGBT模块并联应用技术的特点,分析并联模块组件在静态及动态方面的均流特性及其对变流器系统稳定性的影响。同时给出了一种IGBT模块损耗的计算方法,以此来论证IGBT模块损耗对变流器系统性能的影响。通过实验及仿真,分析IGBT模块不同数量并联对变流器系统稳定性及性能方面的影响,给出一种变流器中IGBT模块多并联应用的策略。     

单管并联技术在大功率电动汽车充电机中的应用

为满足电动汽车对充电机大电流输出、高功率密度及高性价比的要求,本文应用静态均流、动态均流对IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）并联技术进行理论分析。结合移相全桥技术,设计了一款3只IGBT并联使用的大电流输出智能充电机。实验及实际应用情况表明,该设计运行可靠、各项指标满足要求,且成本较低,具有很强的市场竞争力。     

计及内部材料疲劳的压接型IGBT器件 可靠性建模与分析

大功率压接型IGBT器件更适合柔性直流输电装备应用工况,必然对压接型绝缘栅极晶体管（IGBT）器件可靠性评估提出要求。提出计及内部材料疲劳的压接型IGBT器件可靠性建模方法,首先,建立单芯片压接型IGBT器件电-热-机械多物理场仿真模型,通过实验验证IGBT仿真模型的有效性;其次,考虑器件内部各层材料的疲劳寿命,建立单芯片压接型IGBT器件可靠性模型,分析了单芯片器件各层材料薄弱点;最后针对多芯片压接型IGBT器件实际结构,建立多芯片压接型IGBT器件多物理场仿真模型,分析器件应力分布,并对各芯片及多芯片器件故障率进行计算。结果表明,压接型IGBT器件内部的温度、von Mises 应力分布不均,最大值分别位于IGBT芯片和发射极钼层接触的轮廓线边缘;多芯片器件内应力分布不均会导致各芯片可靠性有所差异,边角位置处芯片表面应力最大,可靠性最低。     

一种新型软开关有源电力滤波器研制

为了有效地抑制各种电力电子装置所造成的谐波污染和补偿无功功率，并尽量减小外加补偿系统的损耗，提出了一种新型软开关三相有源滤波器的设计思想。具体方法是在每相桥臂上下2个功率开关管之间串接1个耦合电感。为了提供零电流的关断条件，先将同一相的另一管子导通，使原来导通管子两端承受反向电压而使电流为零。利用该方法，不仅能有效地抑制各次谐波的产生，而且在使用以IGBT为开关管的大功率有源滤波装置中，能完全消除IGBT关断时电流拖尾的缺点，减小了开关功率损耗，提高了系统效率。     

单相级联中点箝位整流器IGBT和传感器的统一故障诊断方法

电力电子牵引变压器(PETT)含有大量易故障的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)以及传感器,导致系统可靠性和稳定性降低.以PETT前端的输入级——单相级联中点箝位整流器(SPCNPCR)为对象,研究了一种IGBT与传感器故障的统一故障诊断方法.首先,建立SPCNPCR的混合逻辑动态模型,并通过此模型估计得到网侧输入电流和输...     

电压源换流器中IGBT串联动态均压新方法

由动态电压不均衡引起的器件击穿致使串联失败是串联的关键问题。传统无源缓冲电路是以牺牲绝缘栅双极晶体管(IGBT)快速性换取电压均衡,IGBT损耗大。建立功率端与驱动端反馈的新型剩余电流动作保护器(RCD)动态均压电路替代传统无源缓冲电路,对电路的均压效果和串联IGBT开关损耗进行仿真分析。试验验证了该动态均压电路在IGBT串联运行时能很好地抑制其驱动信号不同步造成的动态电压不均衡,确保了电压源换流器的安全运行。     

基于IGBT串联技术的10kV固态直流断路器研制

直流断路器作为未来基于电压源换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统组网的关键设备,可以在出现短路故障时快速切断故障电流并使故障部分退出运行,避免停运整个直流系统。提出了一种适用于柔性直流输电系统的固态直流断路器技术方案,建立了IGBT串联的固态直流断路器仿真模型,研究了IGBT栅极电阻、拖尾电流和门极电荷等差异对IGBT串联均压特性的影响。仿真结果表明,静态和动态均压电路可有效改善IGBT间的均压效果。最后搭建了10个IGBT串联的直流断路器样机及实验回路,并完成了直流母线电压10 kV、峰值电流5.1 k A的关断实验,验证了基于IGBT串联技术固态直流断路器方案的可行性。     

感应加热电源中IGBT并联控制方式研究

在感应加热电源中采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)并联扩容时,有并行控制和分时控制两种控制方式,前者已被广泛采用,而后者很少提及.分析表明,采用分时控制不仅能彻底解决并行控制所无法解决的并联IGBT间的电流分配不均衡问题,还能减小IGBT的损耗,提高电源输出功率.给出了采用分时控制时IGBT的工作频率及电流容量选取原则.以半桥串联谐振电路为试验平台,CM75DY-24H为测试对象进行了试验.当输入功率为6 kW时,采用并行控制的输出功率约为采用分时控制的92%,实验结果验证了理论分析的正确性.     

自适应IGBT串联均压电路设计

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。文中提出了一种适用于串联IGBT的自适应动态均压方案,详细分析了其工作原理,并通过仿真和实际电路对其进行了验证。在此基础上研制了一套由4组5只IGBT直接串联桥臂组成的全桥逆变演示系统,串联回路中的每只耐压1 200V的IGBT稳定工作在900V,其电压利用效率达到了75%,具有较高的实用价值。     

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。     

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%。