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模块的杂散参数计算与封装设计研究

绝缘栅型双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块由于线路杂散电感的存在使得在开通和关断的瞬态过程中产生过大的电压尖峰,过压会使IGBT芯片的集电极电流增大从而导致结温上升,且其是导致IGBT模块失效的一个重要因素,通过有限元仿真软件Ansoft Q3D Extractor对键合线结构IGBT模块的杂散参数进行计算并对其封装结构进行优化,设计可有效降低IGBT模块杂散参数的平板封装结构,结果显示平板封装IGBT模块的主回路杂散电感为11.365 n H,电阻为0.409 m?,与键合线结构IGBT模块相比,杂散电感降低55.1%,电阻降低13.2%。     

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。     

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。     

压接式IGBT动态测试平台杂散电感的提取（英文）

压接式IGBT器件动态特性测试平台的杂散电感对于开关特性影响很大,准确提取测试回路中的杂散电感对于分析器件的开关特性非常关键。由于换流回路中存在二极管以及电阻,传统的杂散电感提取方法在提取杂散电感的过程中忽略了这些非线性电阻的影响,从而影响了计算结果的准确性。通过假设IGBT关断和下一个开通瞬态过程中,直流母线电压以及负载电流不变,提出同时采用关断和开通瞬态的电流、电压波形来提取杂散电感。这种方法消除了回路中非线性电阻的影响。为了验证这种方法的准确性,用Synopsis Saber软件进行了电路仿真分析;同时,搭建了压接式IGBT动态特性测试平台,在不同电压、电流等级条件下进行了开关特性测试以及杂散电感提取。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性。     

T型三电平IGBT驱动的优化设计与测试

针对所研制的T型三电平绝缘栅双极型晶闸管(IGBT)驱动装置,研究了门极驱动电阻的计算、模块寄生参数的测算及寄生参数对测试结果的影响,进一步研究了双脉冲测试中尖峰电压不对称的原因并提出解决途径。在双脉冲测试平台上,通过测试IGBT模块接线端子间的电压及流过它们的电流在第二个脉冲关断时刻的波形,利用测定的电压峰值和电流变化率,计算出IGBT模块内部寄生的杂散电感大小。结果表明,双脉冲测试中尖峰电压不对称的现象是由IGBT模块内部引线造成的杂散电感严重不对称造成的。此处介绍的测试方法为检测驱动装置、调整驱动参数和优化测试结果提供了良好的依据。     

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。     

阻抗源逆变器缓冲电路分析与设计

对于功率较大的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)装置,线路寄生电感较大,IGBT关断时的电压变化率和过冲电压很容易损坏功率器件。抑制过冲电压,除了采用低感母排减小寄生电感外,还需要缓冲电路。通过分析阻抗源逆变器工作特性,针对线路杂散电感会造成直通和非直通转换时存在电压尖峰的问题,提出一种适用于阻抗源逆变器的缓冲电路,该电路有效抑制了IGBT关断时的电压变化率和过冲电压,大大减小了母线电压尖峰,提高了变换效率。仿真和实验波形证实了缓冲电路的可行性。     

高压直流断路器组件内IGBT关断瞬态电压过冲的关键影响参数

基于绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)的全控型混合式高压直流断路器是多端柔性高压直流输电工程的关键设备,其半导体组件内IGBT关断瞬态电压过冲是工程中需重点关注的问题,该文以典型的IGBT全桥拓扑结构的半导体组件为例,研究了半导体组件内部的母排杂散电感对IGBT关断瞬态电压过冲的影响,揭示了母排杂散电感对IGBT关断瞬态电压过冲的影响机理,获得了IGBT关断瞬态电压过冲关于组件内不同母排中杂散电感的灵敏度;在研究高压直流断路器中IGBT关断机理的基础上获得了包括IGBT器件本身的物理特性参数在内的影响关断瞬态电压过冲的关键参数及其影响规律,最后通过试验验证了理论分析的正确性。研究结果表明:组件内电容支路杂散电感对IGBT关断瞬态电压影响最大,其应作为重点优化对象;除杂散电感外,IGBT的栅极氧化层电容、关断过程集射极电压快速上升时对应的拐点电压以及栅极驱动电阻为影响IGBT关断瞬态电压的关键参数,且均与关断瞬态电压呈负相关性。该研究结论可为半导体组件内部杂散电感的控制、栅极驱动电阻的选择以及IGBT器件的选型或定制提供指导。     

三相IGBT逆变器中的尖峰电压分析

母线排的杂散电感和开关过程中较大的di/dt会在IGBT上引起很高的尖峰电压,从而增加了逆变器的开关损耗,降低了可靠性。提出针对三相IGBT逆变器中尖峰电压的分析方法。首先利用有限元法对三相IGBT逆变器中两种不同类型母线排建模,分析提取母线排的杂散参数,接着在PSpice中建立逆变器各部分等效电路模型,利用该模型对IGBT逆变器中的尖峰电压进行仿真分析。实验研究表明,在不同负载电流下,仿真和实测尖峰电压在峰值和波形上都具有良好的符合度,表明该方法能够较准确地分析和预测逆变器中的尖峰电压。     

压接式IGBT模块的动态特性测试平台设计及杂散参数提取

压接式IGBT模块具有散热性能好、杂散电感小、短路失效直通等特点,在柔性直流输电等大容量电力电子变换系统中具有极为重要的应用潜能。然而,目前学术界和工业界尚未很好地理解压接式IGBT模块的动态开关特性,严重制约了其推广应用。从压接式IGBT的封装结构和电气特性出发,基于双脉冲测试原理,设计并搭建压接式IGBT模块的动态开关特性测试平台。采用Ansoft Q3D软件对测试平台的杂散参数进行仿真,分析杂散参数的分布特征、影响与提取方法,并通过实验进行验证,揭示叠层母排技术与吸收电容对器件关断电压尖峰的抑制作用,低寄生电感总和验证了平台设计方案的合理性。     

基于LC谐振的叠层母排杂散电感测量的新方法

现有的叠层母排杂散电感测量方法主要是基于电压过冲和关断电流变化率的原理,在精度上存在不足。为此提出了一种基于LC谐振的精确测量方法。测量时需要在IGBT桥臂两端并联吸收电容,并且在桥臂的上管并联一个线性电感器。控制桥臂下管的开关动作,就可以使叠层母排杂散电感和吸收电容构成二阶LC谐振回路。由于谐振周期和吸收电容的电容量都可以精确测量获得,因此可以准确计算得到杂散电感值。用该方法测量H桥逆变器叠层母排的杂散电感,测量结果验证了所提出方法的准确性。     

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...     

High-voltage testing on UHV equipment: Overshoot and base curve for oscillating lightning impulse

As the higher impulse testing voltage, residual inductance of the test circuit or the stray capacitance of the test object increases with size. This means that the overshoot superposed on standard lightning impulse voltage would not be neglected because of its larger value during the lightning test. This paper describes the analysis of overshoot and oscillation based on the equivalent circuit containing a residual inductance. The waveform parameters such as relative overshoot magnitude, oscillation frequency are also derived to evaluate the influence of the residual inductance in the impulse testing circuit. The oscillating impulse waveform is related to the base curve of the standard lightning impulse. Furthermore, the base curve for oscillating impulse is proposed by the analysis. Copyright © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

集成门极换向晶闸管开关特性

新型开关器件集成门极换向晶闸管(IGCT)由于其优越的性能在中高压大功率多电平变流器系统中逐渐得到广泛应用.在电力电子仿真软件PSIM中实现的一种适用于高压大功率变流仿真的IGCT功能模型的基础上,建立了IGCT单管实验的仿真模型,分析了IGCT开关特性,特别是该电路中各种杂散参数和缓冲吸收电路中各元件参数对IGCT关断过程的影响,为实际的基于IGCT器件的大功率多电平变流器系统的结构设计和控制提供了重要的理论根据和指导.     

基于4次线性微分方程的雷电冲击试验波形分析

当冲击试验电压高时,冲击试验电压的波形叠加过冲和振荡。这是由于冲击试验回路的残余电感、被试设备的大杂散电容或二者共同作用产生的。文章用4次微分方程式对振荡冲击试验的等值回路进行了分析,结果表明,波形可分为非振荡波头、振荡波头、非极性反转波尾、非振荡的极性反转波尾和振荡极性反转波尾5个部分。非振荡的极性反转波尾和振荡极性反转波尾的产生原理是不同的。波形的高频分量定义为振荡波形,非振荡波形是不含振荡波形成份的波形。文章的研究结果是后者的产生原因和等值电阻、等值电感的关系以及4次方程的根有关。文章给出了它们之间的关系。     

基于SiC器件的三电平半桥单电感均压电路

针对辅助变流器中充电机输入端支撑电容电压不均衡导致变压器出现磁饱和的问题,研究一种基于Si C MOSFET器件的单电感均压电路。对单电感均压电路的4种工作模态进行分析,通过两个开关管的互补导通,利用电感实现能量在支撑电容之间的重新分配,可实现支撑电容电压的均衡。对单电感均压电路的3种典型开关状态类型进行分析,并根据其开关状态类型计算单电感均压电路电感选取范围。仿真和小功率实验结果表明单电感均压电路具有较强的均压能力。     

受杂散电感影响的大容量变换器中IGCT关断特性研究

集成门极换流晶闸管(IGCT)是大容量变换器高效可靠运行的重要元件。电路杂散电感会严重地影响IGCT的关断特性，增大器件的电压应力和关断损耗，甚至导致器件损坏。以基于IGCT的12 50 kW/6 kV三电平变频器为例，通过理论分析、仿真和实验，深入研究杂散电感对IGCT关断特性的影响。通过引入影响因子的概念，评估不同支路杂散电感影响的严重程度，据此提出杂散电感的设计原则。结合变换器柜上的单管IGCT测试方案，使得杂散电感和IGCT关断特性的准确预估成为可能，为基于IGCT的大容量变换器的设计和优化提供了重要的指导。     

A simplified method of calculating busbar inductance and its application for stray resonance analysis in an inverter dc link

Sinusoidal PWM control is widely applied to power electronic converters. The carrier frequency of recent converter products is gradually being raised in order to decrease current harmonics as much as possible. However, in the dc filter circuits of large capacity converters, the capacitance of a unit capacitor is relatively large, and the busbars are relatively long. Therefore, the resonant frequency is lower than those of small capacity converters. Consequently, there is a concern that the carrier frequency will become close to the resonant frequency, which will cause trouble. On the other hand, it is often necessary to decrease the inductance of the loop circuit consisting of a switching device and its by‐pass circuit, in order to suppress the switching surge voltage. In both cases described above, it is important to be sure of the exact busbar inductance for reliable design. In this paper, a simplified method of calculating busbar inductance is proposed. This method is based on the partial inductance theory. In particular, the characteristics of a pair of busbars, and the use of the method are described. Finally, an application to stray resonance analysis in the dc filter circuit of a three level inverter is described in comparison with experimental data. From these results, we confirmed that the proposed method is usable to estimate busbar inductance quickly and accurately. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 126(3): 49–63, 1999