一种电流自适应的尖峰电压限制型功率管关断控制方法

针对传统的驱动电路固定化的驱动电流无法优化开关器件损耗的问题,提出了一种根据开关管电流调整器件关断速度的方法。在一个平均电流控制的Boost电路中,用电流指令信号来调节驱动电路的关断电流大小。当电流指令信号越大时,驱动电流的关断电流越小;反之相反。这样就实现了在小电流(轻载)下开关管的关断速度更快,关断损耗更小。可以使用一个晶体管电路来实现电流指令对驱动关断电流的调整。设计的原则是,在一定的小电流下器件的关断电压尖峰不大于额定电流下器件的关断电压尖峰。分析了器件的关断特性,讨论了尖峰电压与驱动电流和漏感之间的关系。在一个200 V输入/380 V输出/功率1 kW的Boost电路上进行测试,结果表明采用所提出的驱动电路,轻载下效率比传统的方法提升了1%以上。     

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。     

软开关隔离型Boost变换器研究

隔离型Boost变换器具有变压器结构简单、输入电流纹波小、效率高等优点,适合于低压大电流输入应用,但该变换器存在着开关管关断电压尖峰很大、两开关管不能同时关断以及启动冲击电流很大等问题.采用附加RCD吸收电路可以减轻上述问题的影响,但不利于变换器整机效率的提高.提出了一种软开关的隔离型Boost变换器,利用LCD电路实现功率管的软关断,并将储能电感设计为反激变压器型式以限制启动冲击电流.分析了电路的工作原理,给出了电路的参数设计原则.28V输入、48V输出、300W实验样机效率达到了92.4%.     

采用动态电压上升控制的1700 V大功率IGBT有源门极驱动技术

为了抑制大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的关断电压尖峰,提出了一种有源门极控制方法及其优化方法。该控制方法采用电容反馈关断电压上升率来控制驱动电路,通过具备定时功能的高速高增益放大器降低反馈电容的容值,补偿集电极电流输出响应相对于有源门极控制信号的延时,并保证所提出的有源门极控制方法仅在IGBT关断过程中工作,提高了电路工作的可靠性。通过SABER仿真分析了关键参数对该方法抑制关断电压尖峰效果的影响,提出了一套品质因数评价体系,用于定量评估不同参数下的控制效果。风力发电变流器在极端工况下的实验结果表明,所提出的方法使用较小容值的反馈电容依然能够在仅有400 V电压裕量的严厉条件下降低电流下降速率,从而保证了IGBT的安全工作。     

一种谐振型高压侧调制的电流型双向变换器

针对传统电流型变换器存在的关断电压尖峰问题和硬开关现象,提出一种谐振型高压侧调制的电流型双向直流变换器。该变换器通过引入变频控制和高压侧调制策略,可以实现低压侧开关管的自然换流和零电流关断(ZCS),消除了低压侧开关管关断电压尖峰。首先分析电路的正向工作和反向工作模式的工作原理,然后对变换器进行详细的特性分析和设计,最后建立一台400W的样机并进行了测试。实验结果验证了所提电路拓扑及控制策略的优势与可行性。     

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。     

单相SVPWM窄脉冲的消除研究

在分析单相电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的原理以及窄脉冲对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的危害的基础上,针对脉宽调制中产生的驱动窄脉冲与关断窄脉冲使IGBT或体二极管在未完全开通时又立刻关断的过程中,器件产生关断电压尖峰和振荡,使得功率开关器件损坏以及在变流中引起的输出波形畸变等问题,通过对调制度M设计的方法,来控制产生的触发驱动脉冲的宽度,达到限制和消除窄脉冲的出现.最后通过Matlab仿真验证了此方法可以使开关器件躲过允许的窄脉冲,增加了电路安全运行的可靠性.     

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。     

电流源型半桥变换器启动冲击及开关管关断电压尖峰问题研究

针对电流源型半桥变换器存在的启动冲击电流过大以及开关管关断电压尖峰问题展开研究与分析。在介绍电流源型半桥变换器稳态工作原理的基础上,分析了电流源型半桥变换器开关管关断电压尖峰产生的原因以及启动冲击电流过大的原因,针对这两个问题提出了改进措施,增加了有源吸收电路,并给出了启动时的控制方法。最后搭建了一台28 V输入/180 V输出、250 W的电流源型半桥变换器样机进行了实验研究,研究所提出的电路改进措施和控制方法的可行性。     

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。     

智能化IGBT驱动电路研究

研究并设计了一种基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)的智能化IGBT驱动电路.该电路由CPLD实现各种控制、保护逻辑.驱动电路的高、低电平驱动方式可通过改写CPLD中VHDL源代码来实现.同时,该电路可以选择两路直接驱动和桥臂互补驱动两种工作模式.电路具有开通盲区设置,死区时间设置功能,短路保护运用软降栅压结合软关断技术,软降栅压时间,软关断斜率可通过外接电路自由整定.电路本身自带隔离驱动电源.试验证明该电路具有良好的驱动及保护能力.     

一种基于CR-CD型电路的直驱风机变流器IGBT过电压保护电路研究

针对直驱风力发电系统中变流器IGBT存在过电压脉冲的问题,基于IGBT的物理模型及C型、钳位二极管、RC型和RCD型四种过电压保护电路提出了一种新型CR-CD(Capacitor resistor and capacitor diode)过电压保护电路。首先,分析了CR-CD过电压保护电路的工作原理,论证了CR-CD过电压保护电路抑制过电压脉冲的优良性能。其次,详细设计了过电压保护电路的参数。最后,基于Matlab/Simulink平台搭建了CR-CD型过电压保护电路仿真模型,分别在恒定和变化负载电感两种工况下进行仿真对比分析。结果表明:CR-CD过电压保护电路不仅可以有效地抑制过电压脉冲,还能起到避免因电容造成的过电压脉冲衰减延迟以及缩短IGBT关断时间的作用。     

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。     

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。     

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。     

Characteristics and utilization of a new class of low on-resistanceMOS-gated power device

A new class of MOS-gated power semiconductor devices Cool MOS (Cool MOS is a trademark of Infineon Technologies, Germany) has been introduced with a supreme conducting characteristic that overcomes the high on-state resistance limitations of high-voltage power MOSFETs. From the application point of view, a very frequently asked question immediately arises: does this device behave like a MOSFET or an insulated gate bipolar transistor (IGBT)? The goal of this paper is to compare and contrast the major similarities and differences between this device and the traditional MOSFET and IGBT. In this paper, the new device is fully characterized for its: (1) conduction characteristics; (2) switching voltage, current, and energy characteristics; (3) gate drive resistance effects; (4) output capacitance; and (5) reverse-bias safe operating areas. Experimental results indicate that the conduction characteristics of the new device are similar to the MOSFET but with much smaller on-resistance for the same chip and package size. The switching characteristics of the Cool MOS are also similar to the MOSFET in that they have fast switching speeds and do not have a current tail at turn-off. However, the effect of the gate drive resistance on the turn-off voltage rate of rise (dv/dt) is more like an IGBT. In other words, a very large gate drive resistance is required to have a significant change on dv/dt, resulting in a large turn-off delay. Overall, the device was found to behave more like a power MOSFET than like an IGBT     

Dual voltage converter with improved power factor and enabling voltage control

In this paper, a novel version of the dual voltage converter is presented with improved voltage regulation and enabling a wide range of voltage control by using self-turn-off devices (power transistors) instead of diodes. Further, this system operates with unity displacement factor. We have obtained the analytical expressions of this circuit. The results are, however, quite complex. We could calculate values of the voltage and current waveforms by using a computer. The calculated values are essentially in agreement with the experimental values. Experimentally, an ideal load characteristic with null voltage regulation was obtained by the conduction angle control for power transistors. Further, a wide range of voltage from 220 V to 39 V was obtained. A disadvantage for this system is the requirement for snubber circuits with a larger value of capacitor in order to suppress the surge voltages at turn-off periods.     

压接式IGBT模块的开关特性测试与分析

随着柔性直流输电技术朝着更高电压等级、更大系统容量方向的发展,作为其中关键设备的换流阀和混合式直流断路器对大容量IGBT器件的封装特性和电气性能提出了更高要求。与焊接式IGBT相比,压接式IGBT具有功率等级更高、开关速度更快、易于串联等优点,成为柔性直流输电的优选器件。为系统掌握压接式IGBT模块的应用特性,设计了基于双脉冲测试原理的压接式IGBT模块开关特性的测试平台。基于测试结果,分析了不同压接力、负载参数和结温条件对压接式IGBT模块开关特性的影响规律;并从器件封装特性和半导体物理层面、初步探讨了压接式IGBT模块开关特性的变化机理,为其在大功率电力变换领域的推广和应用提供参考。     

高频电源模块驱动电路设计

在IGBT的使用过程中,驱动电路选择的合理性和设计是否正确是影响其推广使用的问题之一。IGBT的通态电压、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及dv／dt等参数均与门极驱动条件密切相关。因此,设计合理、性能优越的驱动电路是高频电源模块运行可靠的保证。本文介绍了驱动器M57962AL的特点以及选用该驱动器实现的IGBT驱动电路。     

一种无通信的无线电能传输阻抗匹配方法

磁耦合谐振式无线电能传输系统由于线圈两侧的电气隔离,通常使用无线通信来实时获取原副边的电压电流信息并对其进行控制。在一些特殊应用场合比如航天器,由于频率管制等原因无法使用通信电路。为了解决该问题同时使得系统的传输效率最优,提出了一种无通信的阻抗匹配方法。该方法选用Buck电路作为阻抗匹配网络,在负载电压变化时采用线性拟合的方法对整流输出电压进行控制,进而实现对系统最大效率的跟踪。建立了系统的等效电路模型,在不同负载下对系统的效率曲线进行了分析,给出了系统的控制策略。仿真与实验表明,在10cm的传输距离下系统的效率保持87%以上,验证了无通信阻抗匹配方法的可行性。