压接型IGBT芯片动态特性影响因素实验研究

压接型IGBT器件内部具有复杂的电-热-力环境，直接影响了其内部IGBT芯片的动态特性，进而决定了整个器件的安全工作能力。为此，研究不同影响因素下的压接型IGBT芯片动态特性具有重要意义。为了全面获得电-热-力综合影响下压接型IGBT芯片的动态特性，利用所研制的具有多因素解耦、灵活调节能力的双脉冲实验平台，针对一款3.3kV/50A压接型IGBT芯片，测量获得了不同母线电压、负载电流、驱动电阻、温度及机械压力下的双脉冲实验波形。分析了不同影响因素对双脉冲波形的影响规律，对比了不同影响因素对IGBT动态特征参数影响程度，结果表明母线电压主要影响关断过程，负载电流、驱动电阻和温度主要影响开通过程，机械压力对开通关断过程的影响很小，研究结果对IGBT芯片建模及压接型IGBT器件安全运行具有重要的指导意义。     

开关损耗的影响因素分析与仿真

分析了开关损耗和影响开关损耗的因素,确定了4种影响因素为主要对象,对其参数配置进行了实验仿真比较和研究。以IGBT为对象搭建了仿真电路,根据电路先设定4种影响因素参数的基准参考值,后改变其参数值,仿真出IGBT开通与关断过程的电压和电流波形。通过大量仿真数据的测量和比较分析,总结出开关损耗与各因素间的关系和影响。     

基于开通波形的IGBT开关特性测试平台寄生电感提取方法

IGBT动态测试平台的寄生电感影响IGBT器件的开关参数以及开关损耗,因此,提取动态测试平台回路的寄生电感对于准确获得IGBT器件的开关参数具有重要意义。传统的寄生电感提取方法忽略了回路寄生电阻的影响,给寄生电感的提取带来误差。为了提高寄生电感提取的准确性,提出了采用IGBT开通波形来计算动态特性测试平台寄生电感的方法,通过对开通电流上升过程的分析,建立了包含回路寄生电阻的等效电路模型及电路方程。仿真结果表明该方法的计算误差低于传统计算方法。为验证该方法的正确性,搭建了IGBT动态特性测试平台,实验结果表明,该方法实现了寄生电感参数的提取,为提供准确的IGBT器件开关参数奠定了基础。     

IGBT模块电气模型及实时仿真研究

IGBT模块中IGBT与二极管各自详细暂态电气特性及相互影响少有研究,因此提出一种适于实时仿真的IGBT模块电气模型。模型采用机理推导、电气等效、曲线拟合等方法在PSCAD、SABER、SIMULINK等电路仿真平台建模并基于FPGA模型实时化,可以在纳秒级步长下模拟IGBT模块电压电流尖峰、拖尾电流、米勒平台等暂态电气特性。通过与SABER中通用模型仿真结果、实验实测波形对比分析以及搭建的FPGA实时仿真系统,验证了IGBT模块电气模型和参数提取方法的有效性,为进一步将模型应用于柔性直流输电系统仿真、电磁干扰及损耗分析、控制策略等研究打下了基础。     

在MATLAB中实现IGBT动态仿真模型

对IGBT动态模型进行了详细的理论分析。由于IGBT中含有宽基极、低增益的晶体管,因此采用双极性传输方程来描述IGBT电流,以此作为模型的物理基础。用非准静分析法描述IGBT的动态电流、电压波形。并用MATLAB的模型语言－－S－Function实现动态仿真。     

基于Simplorer驱动电阻对IGBT特性影响研究

驱动电阻对IGBT特性有直接关系,针对大多数仿真软件对IGBT模型的建立不够准确,采用Ansys公司的Simplorer对IGBT进行参数化建模,并用双脉冲测试方法来对IGBT搭建外围电路。重点分析栅极驱动电阻对IGBT的电压变化率和通断延时的关系,分析表明驱动电阻与IGBT电压变化率和开通延时时间的关系成线性关系。对驱动电阻阻值不同的驱动电路对IGBT进行仿真,仿真结果符合理论推导。因此,选择大小恰当的驱动电阻对IGBT使用具有一定工程意义。     

IGBT开关诱导产生机械应力波的低压试验研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是新能源发电、智能电网、高压输电等领域实现电能有效变换和利用的关键电力电子设备。IGBT的状态监测是电力电子装置可靠性监测的基础。现有基于电磁热参数的检测方法难以同时满足快速、无损和在线的检测需求。在开关状态下,IGBT内部电磁力多物理场相互作用会产生机械应力波信号,信号的特征参数可有效表征IGBT的状态,因此未来有潜力成为一种新的IGBT状态监测方法。该文从信号的产生机理、试验系统的搭建、试验结果分析3个方面对低压条件下IGBT的不同开关状态所产生的声发射信号展开研究,得出IGBT在开通和关断瞬间都会产生应力波信号,并得出信号的主要组成成分和频率范围;开通时刻的应力波信号脉冲尖峰幅值与集电极电压V_CE呈线性相关;高频电磁波与V_CE相关,脉宽会影响频率点的密集程度,并且无V_CE时也会有应力波信号产生。     

E类调谐功率放大器的参数求解

E类放大器是一种高效放大器。其DC/RF功率转换率将近100％．本文对带旁路电感的E类放大器的波形、集电极电流和电压、输出功率进行了分析。计算出负载网络的最佳参数，为该类放大器的设计提供了依据．     

缓冲电容对IGBT变流器特性的影响研究

在IGBT构成的变流器主电路中常采用并联缓冲电容的缓冲电路来抑制开关管关断过程中引起的过大电压冲击,保护IGBT和变流器.基于IGBT的动态模型,从理论上分析了缓冲电容对IGBT关断时产生的电压冲击规律,比较了不同缓冲电容对IGBT关断时的电压冲击情况及负面影响,得出缓冲电容在降低IGBT关断过冲电压的同时也会引起母线上电流电压振荡的结论.给出了IGBT关断时由缓冲电容引起振荡的仿真和实验结果,并指出了减小缓冲电容的方法.     

牵引供电系统建模与短路电流的仿真

由于牵引供电系统中感性和容性元件的存在,在发生瞬间、永久短路故障以及机车充电过程中,都会有不对称暂态电流冲击,这对基于电流变化量原理的保护判据将产生很大的影响,甚至导致保护的误动作。笔者基于EMTP对供电系统进行建模,分析了变压器对短路电流中暂态电流冲击的影响,考虑到实际电压器短路瞬间漏抗增大,对EMTP中的实际变压器做了一定的改进,最后得到的仿真波形与实际短路电流波形十分吻合。分析结果表明该模型具有很好的灵活性和较高的精确性,对基于电流变化量原理的保护以及误动作的排除等相关问题的研究具有十分重要的意义。     

电力系统桥式短路故障限流器研究

提出一种新颖的限制电力系统故障电流的桥式电路,对该电路的工作原理、电路结构和工作方式进行了详细的分析,并给出了限流电路中各支路的电流关系,对电路的直通、开路和变阻3种工作方式作出说明,重点分析了在变阻工作模式下,对负载短路电流的限制和分流. 考虑了当桥式限流电路中的开关管栅极加入脉冲信号后,对负载电压和电流的谐波影响,以及限流电感中串入电阻后对开关管占空比的不同要求、对桥式电路分流性能的影响等. 最后给出了部分仿真波形和计算值.     

一种改善逆变器输出波形的方法

分析了逆变过程中死区形成的原因及对逆变后系统输出电压和输出电流性能的影响,并利用结合空间电压矢量脉冲调制法（SVPWM）原理而提出的十二矢量法对死区效应进行分析。最后在600W小型风力发电系统平台上进行了简单的实验并得到实验结果。结果表明：该方法可以控制死区时间,有效改善逆变器输出电压波形,在风力发电系统逆变器的应用中有较好的效果。     

大功率IGBT模块的驱动电路及参数选择

根据IGBT模块的工作特性介绍了三种栅极驱动电路，即分立元件组成的驱动电路、集成元件组成的驱动电路、混合驱动电路，并讨论了栅极驱动正向电压、反向关断电压及RG参数的合理确定。     

基于DSP的斩控式交流调压器的设计

交流斩波控制调压技术是一种新型的高性能的交流调压技术,在中小交流调压领域获得广泛应用。设计的交流斩波器采用了带电流电压相位检测的非互补的控制方式,通过DSP对检测的电压电流信号进行处理,通过PI调节器调节脉冲宽度,从而形成了整个系统的闭环控制,最终实现了对斩波器中IGBT的开通控制,达到稳定输出电压的目的。分析了主电路的基本工作原理、控制模式及系统的硬件和软件设计,实验验证了该调制技术对交流系统侧谐波电压具有良好的抑制能力。     

基于三相逆变器变开关频率和变直流母线电压的PMSM控制

针对三相电压源逆变器应用固定开关频率和额定直流母线电压的空间矢量脉宽调制（space vector pulse width modulation, SVPWM）驱动方式时存在直流电压利用率低、绝缘栅双极性晶体管（insulated gate bipolar transistors, IGBT）损耗较高的缺点,建立永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor, PMSM）和基于输出周期的IGBT损耗控制模型,在此基础上以输出电流质量为约束条件,以开关频率和直流母线电压为约束变量,应用猫鼬优化算法获得基于输出周期的IGBT损耗最优的开关频率和直流母线电压。对所提出的策略进行仿真和实验,通过比较输出电流总谐波畸变率（total harmonic distortion, THD）、电流波形、IGBT损耗和结温等验证所提策略在保证控制系统性能的条件下降低三相电压源逆变器损耗,增加三相电压源逆变器的可靠性。     

弗兰克赫兹实验最佳条件的确定

分析弗兰克-赫兹实验过程中灯丝电压、第一栅极电压、板极电压对实验曲线的影响,提出实施实验过程中确定最佳实验条件的方法.     

高压IGBT芯片换流运行的热稳定性分析

为保证高压绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)器件换流运行时的热稳定性,需要根据IGBT芯片的电热特性和器件的散热设计,确定芯片运行的热稳定工作区,从而指导器件的运行条件控制。虽然针对芯片动静态损耗的热稳定性分析已经发展了许多年,但目前针对高压芯片的相关研究还较少。首先,通过实验测量了3.3 kV非穿通(Non-Punch Through, NPT)型和场截止(Field Stop, FS)型IGBT芯片的动静态特性,获得并分析了温度、电流及电压对动静态损耗特性的影响规律。在此基础上,给出了IGBT芯片的损耗拟合公式,通过对器件内部的热反馈过程进行分析,提出了具有解析形式且包含占空比、换流频率及电压电流等器件运行工况的IGBT芯片的热稳定性判据。根据所提的判据,分析了高压NPT型和FS型IGBT芯片的换流运行的热稳定性,可方便确定IGBT芯片在不同的换流条件下的最大工作频率和最大工作电流,简化了高压IGBT芯片的热稳定性分析,并可为高压器件的选型和损耗评估提供依据。     

F-H实验中第一栅压对I_A-U_(G2K)曲线的影响研究

为探究F-H实验中第一栅极电压U_(G1K)设置对实验曲线(I_A～U_(G2K)曲线)产生的影响,文中在充氩双栅极结构的F-H管实验平台上,对U_(G1K)影响实验曲线的规律作了系统的实验研究。实验发现:随着U_(G1K)的增大,峰谷电流呈先急剧增大,后波动式递减的规律;当U_(G1K)约为0.5 V时,峰谷电流达到最大。该现象可由促进机理、抑制机理和波动机理的综合作用解释。促进机理是由于虚阴极的驱散以及低能电子的冉绍尔-汤森效应;抑制机理是由于高能电子的冉绍尔-汤森效应以及气体热导率的变化;波动机理是由于微观粒子碰撞的概率性以及由肖特基效应造成的波动性。文中所得结论为F-H实验中U_(G1K)的设置提供了依据。     

核磁共振找水仪发射机主回路的设计与仿真

为保证核磁共振找水仪的发射机主回路发射大功率电流,加大探测地下淡水资源的深度,针对发射机主回路在运行中产生的瞬态电压和浪涌电流问题,对几种典型缓冲电路进行了分析与计算。通过仿真实验,确定了发射机主回路的缓冲电路和快速关断电路关键器件的最佳参数。使IGBT（Isolation Gate Bipolar Transistor）的C、E两端瞬态电压尖峰降低了150V,IGBT的电流不超过发射机所能发射的最大电流（最高电流为400A）。从而保证了IGBT的C、E两端电压平稳;保证大功率电流可靠、有效地发射。     

全桥移相软开关IGBT弧焊逆变电源设计

针对普通的PWM控制的弧焊逆变器,在高频情况下会产生很大的开关损耗,影响电源的可靠性问题,提出了功率管利用谐振电感和谐振电容的谐振,在零电压下开通或关断。来减小开关损耗的方法。设计了采用IGBT作为开关元件的软开关弧焊电源,实现了移相控制的电压软开关桥式逆变电路和采用电流传感器的电流反馈系统及驱动电路,试验结果证实了该电路具有开关损耗低,可靠性高的优点。