基于EXB 841的IGBT驱动电路设计及优化

介绍了绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)器件驱动电路设计的一般要求．对EXB841芯片的工作过程作了深入的分析,研究了EXB841对IGBT的开通和关断以及过流保护的原理．指出了用EXB841直接驱动IGBT时存在的问题和不足,主要是过流保护的阀值太高、关断不可靠及在软关断时没有对外部输入信号进行封锁。同时,提出了针对这些不足在设计驱动电路时应当采取的几种有效方法最后,运用EXB841及其他器件设计和优化了一个IGBT的驱动电路．该驱动电路通过电力电子仿真软件PSPICE(Simulation Program with IC Emphasis)仿真和试验证明能够有效地对IGBT器件进行驱动和过电流保护。     

配电系统电子电力变压器的IGBT缓冲电路设计

针对配电系统电子电力变压器的特点,提出功率开关器件IGBT缓冲电路的设计方法,包括缓冲电路类型的选择及参数的计算方法.在此基础上,针对几种电路结构和参数进行仿真,比较了它们各自的特性,总结出最佳吸收方案.仿真表明,所设计的缓冲电路能够有效钳制IGBT关断时的电压变化率和过电压.     

逆变器用IGBT吸收电路的Matlab仿真研究

IGBT的开关速度很高,关断时一般会产生过电压,实际电路中通常都会在IGBT旁加吸收电路(缓冲电路)。针对其中五种吸收电路的特点、适用范围进行了描述和比较,并利用Matlab软件对IGBT(两种第五代IGBT模块)的吸收电路进行了仿真,并给出了试验波形和优化的吸收电路参数选择。     

一种车用IGBT开关过电压保护电路设计

对车用IGBT的驱动电路与关断保护电路的原理进行分析,提出一种新的开关过电压保护电路,通过驱动电路与保护电路进行配合达到对动态的电压上升的控制,最终稳定地驱动IGBT并保护IGBT不会因过压而损坏。通过在PSpice中建立仿真原理图并进行仿真,由仿真结果证实了该电路可以有效抑制IGBT关断过程中产生过电压,保护IGBT关断,从而提高电路的稳定性。     

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。     

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.     

CO2弧焊电源主电路中RC缓冲电路设计

全桥逆变CO_2弧焊电源主电路IGBT开关动作时,在续流回路中由于负载的巨大变化及变压器的电感作用而形成电流、电压冲击,造成IGBT工作的不稳定.根据弧焊电源的工作原理设计了电弧负栽仿真模块,建立了弧焊逆变主电路仿真模型,动态地仿真了焊接过程中负载频繁突变的特点.通过仿真分析得知,在续流过程中IGBT能够理想关断轨迹的条件是续流二极管不开通.根据具体的主电路参数和电路工作的续流初始时刻以及IGBT开通时,缓冲电容放电对参数的影响,计算出合理开关轨迹下RC缓冲电路中的电阻值,根据缓冲回路电阻的功率限制和开关轨迹的要求计算缓冲电容值.试验证明了弧焊逆变主电路仿真模型的正确性、IGBT理想关断轨迹条件的合理性及RC参数设计公式的正确性.     

高频条件下对IGBT逆变器缓冲电路的改进

绝缘栅双极晶体管（IGBT）逆变器多应用在变频器、开关电源和分布式发电系统等工作频率较高的场合。逆变器工作频率越高,缓冲电路吸收的过电压能量在开关器件下一次关断动作前放电完毕的时间就越短。提出了一种改进型IGBT逆变器缓冲电路,通过改变放电回路的放电电容,可以满足IGBT逆变器在高频应用下的要求。通过理论分析和电路仿真,证明了该改进型缓冲电路的有效性和适用性。     

逆变器用IGBT吸收电路的仿真研究

IGBT的开关速度很高,关断时一般会产生过电压,实际电路中通常都会在IGBT旁加吸收电路(缓冲电路).针对其中五种吸收电路的特点、适用范围进行了描述和比较,并利用MATLAB软件对IGBT(三菱公司的两种第五代IGBT模块)的吸收电路进行了仿真,并给出了试验波形和优化的吸收电路参数选择.     

基于新型混合式断路器的IGBT缓冲电路研究

分析了新型混合式断路器的IGBT开关特性,在总结3种传统IGBT缓冲电路的基础上,提出一种优化的适合于新型混合式断路器的IGBT缓冲电路。该电路能在不降低吸收过电压效果的基础上,改变充、放电回路的电容,使放电时间跟随电容改变而改变,满足具体主电路对IGBT导通时间变化的要求和满足不同IGBT开关频率的要求。通过仿真和理论分析证明了该优化缓冲电路的有效性和适用性。     

开关式励磁调节器主回路研究

开关式励磁调节器主回路设计中需要考虑的两个主要问题是开关器件的尖峰电压和冲击电流。在分析了关断过程中产生尖峰电压的主要原因基础上,提出了开关式励磁调节器限制ＩＧＢＴ（绝缘栅双极型晶体管）关断时的尖峰过电压的有效方法,即直流发电机两端并联大容量电容和ＩＧＢＴ两端并联吸收网络,并根据开关状态下电路的近似分析证明了并联大电容以后的稳定性,另外分析了产生开通时冲击电流的原因,还给出了立回路缓冲网络参数确定     

A novel prototype of auxiliary edge resonant bridge leg link snubber‐assisted soft‐switching sine‐wave PWM inverter

This paper proposes a new circuit topology of the three‐phase soft‐switching PWM inverter and PFC converter using IGBT power modules, which has the improved active auxiliary switch and edge resonant bridge leg‐commutation‐link soft‐switching snubber circuit with pulse current regenerative feedback loop as compared with the typical auxiliary resonant pole snubber discussed previously. This three‐phase soft‐switching PWM double converter is more suitable and acceptable for a large‐capacity uninterruptible power supply, PFC converter, utility‐interactive bidirectional converter, and so forth. In this paper, the soft‐switching operation and optimum circuit design of the novel type active auxiliary edge resonant bridge leg commutation link snubber treated here are described for high‐power applications. Both the main active power switches and the auxiliary active power switches achieve soft switching under the principles of ZVS or ZCS in this three‐phase inverter switching. This three‐phase soft‐switching commutation scheme can effectively minimize the switching surge‐related electromagnetic noise and the switching power losses of the power semiconductor devices; IGBTs and modules used here. This three‐phase inverter and rectifier coupled double converter system does not need any sensing circuit and its peripheral logic control circuits to detect the voltage or the current and does not require any unwanted chemical electrolytic capacitor to make the neutral point of the DC power supply voltage source. The performances of this power conditioner are proved on the basis of the experimental and simulation results. Because the power semiconductor switches (IGBT module packages) have a trade‐off relation in the switching fall time and tail current interval characteristics as well as the conductive saturation voltage characteristics, this three‐phase soft‐switching PWM double converter can improve actual efficiency in the output power ranges with a trench gate controlled MOS power semiconductor device which is much improved regarding low saturation voltage. The effectiveness of this is verified from a practical point of view. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 155(4): 64–76, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20207     

基于IGBT有源缓冲高功率因数校正器应用

介绍了一种采用有源缓冲技术来减小开关损耗和提高功率因数的新型升压校正器,该有源缓冲电路由电感、电容、二极管和一个辅助开关组成.由于升压开关零电流关断,因此该技术十分适合用于绝缘栅双极性晶体管(IGBT).升压开关及二极管串联的有源缓冲电感减少了二极管反向恢复损耗,此外,辅助开关零电压工作.     

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。     

On-the use of IGBT-gated GTO-cascode switches in quasi-resonantconverters

The gate turn-off (GTO) thyristor has the highest voltage and current rating among the semiconductor power switches used extensively today. This paper documents the use of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) to improve switching performance of a GTO in a cascode switch. The IGBT-gated GTO-cascode switch features simple drive requirement, fast switching, robustness, and overcurrent protection. The cascode switch was applied in a quasi-resonant buck converter and simulated on a computer using PSPICE. Results indicate that IGBT-gated GTO-cascode switches are promising candidates for high-power and high-frequency applications     

一种新颖的耦合电感MVS无源无损缓冲电路

研究了一种适用于大功率Buck变换器的带耦合电感的最小电压应力(Minimun Voltage Stress,简称MVS)无源无损ZCS开通缓冲电路,它利用耦合电感的漏感与谐振电容在功率管开关过程中进行谐振,实现软开关。分析了变换器的工作模态,给出了软开关环节中耦合电感和谐振电容的参数设计方法,并搭建了150 W实验样机。实验结果表明,该结构实现了功率开关管ZCS开通和近似ZVS关断,抑制了功率二极管的反向恢复过程,减小了开关损耗,提高了变换器的效率。     

IGBT模块的新型开关模型与损耗分析

为解决绝缘栅双极型晶体管IGBT（insulated gate bipolar transistor）模块开关模型适用性差、拟合度低、开关损耗难以实时连续计算的问题,通过分析IGBT模块开关过程的动、静态特性,着重考虑器件结温和杂散参数等参考量对IGBT开关过程中的瞬时电压、电流波形的影响,基于曲线拟合理论,建立了IGBT模块的开关模型与损耗模型。所建立的开关模型通用性强,适用于相邻开关周期内开关管导通电流不相等的电路;损耗模型精确度高,能够实时累加计算电路的损耗数值。基于Matlab/Simulink环境对开关过程进行仿真并搭建了双重移相DC-DC实验样机进行验证,仿真与实验结果验证了所提出的开关模型及损耗模型的正确性和准确性。     

A novel three‐phase soft‐switched converter with high power factor using a lossless snubber

Recently, three‐phase converters with high power factor, especially using the discontinuous current mode (DCM), have been studied as novel rectifier circuits instead of conventional converters. In this circuit, the current of reactor is zero at turn on because of operating on DCM. Then ZCS (Zero Current Switching) is achieved. However it is necessary to turn off the switch at the maximum current. Then the switching losses increase at higher switching frequency. Therefore, soft‐switching method using the lossless snubber is proposed. In this method, ZVS (Zero Voltage Switching) at the turn off can be achieved by a lossless snubber and ZCS at the turn on can be obtained by operating under the DCM. In this paper, the theoretical analysis, numerical analysis using PSPICE, and results of the experiments show the verification of the proposed converter. © 1999 Scripta Technica. Electr Eng Jpn, 129(3): 69–76, 1999     

双稳态永磁机构智能控制器研制

研制了双稳态永磁机构智能控制器,利用AVR单片机作为主控芯片进行了硬件设计。控制器包括电源、微处理器系统、电容器电压检测电路、分合闸线圈控制电路、输入/输出单元、过压/欠压监视、保护单元等部分。提出了保证IGBT并联电路可靠工作以及避免影响手动分/合闸的技术措施。Multisim软件的仿真结果验证了所设计电路的可行性;工业现场实验结果表明该控制器性能可靠,能够实现对开关的智能化控制。