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。     

寄生参数对三相逆变器的影响与抑制方法

针对三相逆变器过冲电压导致绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的过压击穿和误导通问题,提出一种减小寄生参数的三相逆变器设计方案。首先建立IGBT换流通路和驱动回路的电路模型,然后分析线路寄生参数对IGBT开关过程的影响,最后给出分立式IGBT构成的三相逆变器设计方案并制作实物进行物理验证。研究结果表明,线路杂散电感是造成IGBT关断过电压的主要原因,IGBT与驱动电路集成的三相逆变器寄生参数影响最小。实验结果验证了结论分析的正确性。     

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。     

基于SiC MOSFET直流固态断路器关断初期电压尖峰抑制方法

针对碳化硅金属氧化物场效应晶体管(SiC MOSFET)直流固态断路器关断速度快、关断初期易产生较大电压尖峰及振荡问题,提出一种抑制方法。首先,建立SiC MOSFET等效电路模型,分析其不同寄生电感对固态断路器关断初期电压波形的影响。其次,利用不同电压等级金属氧化物压敏电阻(MOV)吸收能量不同的思想,提出并联MOV作为缓冲电路来抑制断路器关断初期电压尖峰的方法,在分析其工作原理和抑制效果的基础上,提出了选择缓冲MOV额定电压的依据。最后,搭建了基于SiC MOSFET直流断路器实验平台,对不同寄生电感、不同器件下的开断特性进行了比较,并对所提方法的有效性进行了验证。结果表明,相比Si IGBT固态断路器,SiC MOSFET固态断路器具有更为严重的电压尖峰和振荡问题,且随着寄生电感的增加越来越严重,所提出的方法可有效抑制其电压尖峰并减弱振荡。     

实现输入电流连续的优化型Y源逆变器

传统Y源逆变器输入电流断续,同时耦合电感漏感会导致直流母线电压尖峰和电压增益的降低.为此提出了一种优化型Y源逆变器,能够实现连续的输入电流并抑制耦合电感漏感对逆变器性能的影响,降低了启动冲击电流,减小了母线电压尖峰和磁芯的尺寸.相比传统Y源逆变器,在相同的电压增益下,优化型Y源逆变器的直通占空比更低,从而增大了调制比范...     

1140V链式STATCOM IGBT尖峰抑制与驱动电路设计

针对大功率链式STATCOM中的IGBT模块关断时产生的尖峰问题,本文首先对IGBT尖峰产生机理进行了详细的分析,在此基础上提出了低杂散电感和简化缓冲电路的设计.通过合适的器件选取和叠层母线的设计应用来降低回路中的杂散电感,再加上简化的缓冲电路,能够有效地抑制尖峰电压,保证IGBT工作在安全工作区内,减少系统损耗.给出...     

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。     

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。     

IGBT逆变器缓冲电路的设计

分析了IGBT逆变器缓冲电路的工作原理，推导出缓冲电路各元件的参数计算公式，预见了缓冲电路在关断过程中的2次电压尖峰，并对其仿真验证。     

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。     

低直流链电压尖峰的二极管辅助型优化Y源逆变器

耦合电感的引入使阻抗源逆变器的升压能力得到进一步提高，并改善了传统Z源拓扑中调制比与直通占空比之间的约束关系。然而，漏感的存在导致逆变器出现直流链电压尖峰，恶化了开关器件的工作条件，限制了逆变器的功率等级。为解决上述问题，以优化型Y源逆变器为研究对象，提出一种低直流链电压尖峰的优化Y源拓扑结构，利用无源吸收回路确保逆变器状态切换时直流链电压的平滑过渡，消除了直流链电压尖峰。此外，新提出拓扑继承了优化型Y源逆变器的所有优点，并且在相同的直通占空比下，具有更高的升压能力。最后，通过对比二者的仿真和实验结果，验证了新拓扑在升压能力和抑制电压尖峰方面的优越性能。     

SiC固态功率控制器关断电压尖峰抑制方法

随着碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关速度的提高,针对SiC固态功率控制器(SSPC)在关断初期产生电压尖峰的问题,提出了一种抑制方法.首先以双脉冲测试电路为平台,利用Saber软件,探究寄生电感对SiC MOSFET开关特性的影响.接着在此基础上通过建立SiC SSPC开关模型并进行仿真,重点研究了线路产生的寄生电感对SiC MOSFET关断特性的影响.其次,利用电容储能、放能的方式将线路中寄生电感产生的能量先存储在电容中,再经过功率二极管将存储的能量释放给机内电源的思想,在分析其工作模态的前提下提出了基于能量吸收电路抑制关断电压尖峰的方法.最后,通过仿真分析和搭建硬件电路进行了验证.结果表明,与传统SiC SSPC相比,所提方法可有效抑制由线路寄生电感引起的关断电压尖峰.     

一种适用于大容量中点钳位型三电平逆变器的绝缘栅双极型晶体管吸收电路研究

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT),关断过压问题始终是设计者亟待解决的主要问题。单单依靠合理的多层复合母排设计不足以消除中点钳位型(neutral point clamped,NPC)三电平IGBT逆变器大换流路径杂散电感所引起的IGBT关断电压尖峰。因此,必须设计有效的IGBT吸收电路。该文将Undeland吸收电路在NPC三电平逆变器中进行扩展应用,结合NPC三电平逆变器运行模式,详细分析LRCD吸收电路工作原理。研究LRCD吸收电路与逆变器电路性能之间的定量关系与影响,给出了数学表达式,提出吸收电路参数设计原则。通过仿真与实验验证了分析与参数设计的正确性。将LRCD吸收电路成功应用于1.4MW级NPC三电平逆变器原理样机。研究结果表明,LRCD吸收电路在NPC三电平逆变器中实现了主开关器件IGBT和钳位二极管的"软"开通与"软"关断,通过对吸收参数的合理设计能够定量的控制主开关管的开通电流的变化率(di/dt)和关断电压的变化率(dv/dt),有效抑制开关器件的关断过压尖峰,优化开关管的瞬态特性。该吸收电路适合大容量NPC三电平IGBT逆变器应用。     

移相全桥变换器RC缓冲电路优化研究分析

移相全桥(PSFB)变换器在整流二极管关断时,其并联电容与谐振电感发生谐振,导致变压器次级电压出现较大的振荡尖峰,一般通过设置RC缓冲电路得以抑制.这里通过建立PSFB变换器的等效电路模型,揭示了RC缓冲电路对电压振荡的影响机理及对电阻功率损耗的影响规律.通过对电压振荡峰值及缓冲电阻功率损耗的折中考虑,给出了RC参数的...     

三相直流/交流变换器中放电阻止型缓冲电路的研究

在以绝缘栅双极晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)作为开关器件的直流/交流(DC/AC)变换器中,为了保证处于高速开关下的IGBT在关断时不会被产生的关断过电压所击穿损毁,电路中需要增加缓冲电路.针对缓冲电路中电容器件端产生的最大瞬时电压及参数选取问题,通过对限幅钳位放电阻止型关断缓冲电路在三相电压型桥式DC/AC变换器中IGBT关断状态下工作模态的分析,从理论上对缓冲电容上产生的最大过冲电压进行推导.最后,通过搭建的仿真模型验证了对缓冲电容端过冲电压理论推导的正确性,为缓冲电路的参数选择提供了参考依据.     

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。     

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。     

考虑寄生电感的谐振开关电容变换器电压尖峰抑制

基于碳化硅(SiC)器件的谐振开关电容变换器(RSCC)因其软开关特性,适用于高频、高功率密度的场合.但是较高的工作频率使其对线路寄生参数较敏感,易造成开关器件的电压尖峰问题.通过分析RSCC叠层母排模型,该文建立含有寄生电感的等效电路,研究寄生电感对电路运行模态的影响,并推导开关器件电压峰值与寄生电感之间的关系.在此基础上,提出优化叠层母排结构和吸收电容的电压尖峰抑制方案,仿真及实验结果验证了该文电压尖峰抑制方案的有效性和可行性.     

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。