IGBT门极驱动电路的研究

ＩＧＢＴ模块的开关性能取决于门极驱动电路的特性和外部直流回路的电感。本文讨论了这些参数对开关损耗，二极管恢复，瞬态开关电压，短路运行及ｄｖ／ｄｔ的感应电流的影响，这将有助于研究人员正确地使用ＩＧＢＴ。     

IGBT串联用的有源电压控制技术

IGBT有源电压控制技术（ActiVe Voltage Control,简称AVC）,是在IGBT控制过程中引入多重闭环反馈,使IGBT开通和关断过程中集电极-发射极电压V_CE的轨迹始终跟随预先设定的参考信号,实现高压应用时IGBT器件直接串联的同步工作和有效均压。本文介绍了有源电压控制技术的基本概念,串联IGBT的实验波形和相应的损耗计算。     

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。     

均压驱动耦合型单驱动IGBT串联电路设计

为给介质阻挡放电提供电压、频率、脉宽可调的高压脉冲,文中设计了均压驱动耦合型单驱动IGBT串联电路。该串联电路在每个IGBT两端并联一个动态均压与驱动信号输出耦合电路,在导通关断时,一方面保证IGBT两端电压不超过额定电压,另一方面为下级IGBT提供驱动截止信号。通过仿真研究,验证了电路原理的可行性,探索了元器件的选型规则。通过实验研究,实现了电源电压在0～15 kV可通断、频率在0～1 kHz可调节、脉冲宽度在一定范围内可变化,并成功实现介质阻挡放电。该电路解决了多驱动IGBT串联电路需要隔离高压电源及单驱动IGBT串联电路结构难以扩展,各级IGBT导通关断跟随性差,元器件容易损坏的缺陷。该电路同样适用于MOSFET,具有很好的应用前景。     

基于门极阻容补偿网络的IGBT串联均压方法

针对IGBT串联应用中关断过程均压问题,对IGBT的关断过程进行了详细分析,总结出影响IGBT关断过程的核心等效电路和计算公式。在此基础上提出一种基于门极补偿阻容网络的IGBT串联均压方法,推导出增加门极阻容补偿网络后串联IGBT动态电压不均衡度和关断时间影响的计算公式,并提出门极阻容网络参数的选取原则。建立基于Lumped Charge方法的IGBT半物理数值模型,对IGBT门极阻容补偿网络进行仿真验证。给出了实际测试工况下的补偿网络参数,建立IGBT串联均压实验系统,进行多种电压、电流工况下的实验验证。仿真和实验表明:该方法可以有效控制串联IGBT的延迟时间和动态电压上升速率的差异,在母线电压为2 000V和关断峰值电流为1 500A时,采用该控制方法可将串联IGBT的动态尖峰电压不均衡度由14.4%降至6.3%。     

基于增强密勒效应的IGBT串联有源均压新方法

为解决由器件驱动信号不一致引起的多个IGBT串联电压不均衡问题,以实现串联IGBT在大功率高电压场合中的应用,笔者结合功率侧和栅极侧IGBT串联均压辅助电路的优点,提出一种基于增强密勒效应的IGBT串联有源均压辅助电路,并对其工作原理进行了论述。然后,建立IGBT串联仿真电路,对不带和带该均压辅助电路两种情况进行仿真。仿真结果表明,该均压辅助电路在IGBT串联运行时不仅能够很好地抑制IGBT驱动信号不一致造成的电压不均衡,而且能够有效防止过电压的发生,确保了IGBT串联的安全运行。     

有源电力滤波器串联补偿策略

介绍串联型电力有源滤波器及其控制方式，提出了一种对不对称系统的谐波分量提取方法，并使用MATLAB对这种方法进行仿真，验证了这种方法的可行性。     

IGBT串联阀吸收电路的研究

绝缘栅双极型晶体管IGBT综合了GTR和MOSFET的优点,近年来得到了广泛的应用,但是受限于耐压等级,单个IGBT高压大功率电能变换场合还不能满足需求,而串联使用是一种较好的解决方案。在串联使用中为了抑制器件关断过程中产生浪涌过冲,仍然需要吸收电路进行保护。通过对比分析详细阐述了RCD吸收电路在IGBT串联中的使用优势,并给出了参数选取的原则,同时分析了RCD吸收电路对器件动、静态电压均压的影响,并通过实验予以了验证。     

适用于IGBT串联的有源钳位动态电压均衡电路研究

为解决由栅极驱动信号不同步引起的多个IGBT串联电压不均衡问题,以实现串联IGBT在大功率高电压场合中的应用,笔者采用基于栅极端电压均衡技术的有源钳位动态电压均衡电路实现动态电压均衡,该电路具有响应速度快、损耗小、可靠性高等优点。通过建立IGBT串联仿真和实验电路,对该均压辅助电路进行仿真分析和实验验证。结果表明,该均压辅助电路在IGBT串联运行时不仅能够很好地抑制IGBT栅极驱动信号不同步造成的电压不均衡,而且能够有效防止过电压的发生,确保了IGBT串联的安全运行。     

可同时补偿电压不平衡的串联型有源电力滤波器

文章中的串联型有源滤波器是与无源滤波器配合使用的,它除了可以改善无源滤波器的滤波效果之外,还可以同时补偿三相中点接地系统中的电源电压不平衡.提出的检测电流谐波和电压中负序零序分量的方法都基于瞬时无功功率理论,检测算法较为简单并且实时性好.最后仿真结果验证了检测算法的正确性.     

基于主动栅极驱动的IGBT开关特性自调节控制

常规驱动(CGD)对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关特性的控制优化程度有限.当换流条件改变时,CGD方法也无法保证器件开关特性可以保持在最优状况,即缺乏自调节能力.学术界相应地提出主动栅极驱动(AGD)方法来实现对开关特性的自调节控制.但在实施自调节控制时,会遇到自调节控制稳定性、控制精度等方面的问题.该文在之前工作...     

大功率IGBT栅极驱动电路的研究

在大功率IGBT应用系统中,脉冲变压器隔离的栅极驱动电路由于能得到相对较高的隔离电压,可实现较高开关频率等优点,被广泛应用。在高压大电流IGBT特性分析的基础上,从实践出发对IGBT驱动电路的影响因素做了深入的研究,并探讨了IGBT栅极驱动电路设计注意的几个问题。对很有实际应用价值的脉冲变压器隔离的IGBT栅极驱动电路及其相应芯片进行了分析研究。由此可以更深刻地理解IGBT的驱动电路及其影响因素,这对正确使用IGBT器件及其驱动电路的设计有一定的实用价值。     

应用于有源电力滤波器的IGBT的驱动保护研究

介绍了有源电力滤波器设计中EXB841对IGBT的驱动原理和电路特点,对IGBT的栅极驱动特性、栅极串联电阻进行了探讨,给出了过电流保护和过电压吸收的有效办法.样机试运行证明此种设计方案可靠、有效.     

Gate drive considerations for IGBT modules

The switching performance of an IGBT module depends upon the drive circuit characteristics and external DC loop inductance. This paper discusses the influence of these parameters on switching losses, diode recovery, switching voltage transients, short circuit operation, and dv/dt induced current. The paper is a tutorial and identifies trends. It is intended as an aid to the circuit designer, to help him apply the IGBT module to best advantage     

基于载流子抽取模型的Trench Gate/Field-stop IGBT驱动器有源箝位功能分析

针对Trench gate/Field-stop IGBT结构特有的关断过程中集电极电流下降率不可控问题,引入了载流子抽取模型来模拟器件关断过程中的集电极电流下降阶段器件内部载流子的动态行为特性,并以此为基础分析了驱动器为适应Trench gate/Field-Stop IGBT结构这种关断特性而引入的有源箝位功能的作用机理,验证了载流子抽取模型在器件级与电路级交互作用分析中的实用性,为后续实现器件与电路的最佳匹配奠定了基础。     

A Series-Connected Three-Level Inverter Topology for Medium-Voltage Squirrel-Cage Motor Drive Applications

The application of pulsewidth-modulated (PWM) voltages using two-level high-voltage inverters to a squirrel-cage induction motor (SQIM) can cause heating of rotor shaft, voltage spike across the motor terminals, etc. The increase in the number of steps of the motor voltage and hence decreasing the $dv/dt$ applied to the machine terminals can be a solution to this problem. The existing topologies that generate this multistep voltage include cascading of a number of single-phase inverters or use of higher order multilevel inverters. In this paper, a topology with series connection of three-phase three-level inverters is proposed, which addresses the problems of medium-voltage drives. The design of the inverter topology and its various PWM techniques are presented in this paper. This inverter topology and its control are verified on a 7.5-hp SQIM drive. Experimental results validate the steady-state and dynamic performances of the drive.      

IGBT集成驱动模块的研究

简要介绍了绝缘栅双极晶体管IGBT驱动保护电路的原则。详细分析了多种常用的IGBT集成驱动模块的特性,并进行了比较。     

IGBT的死区补偿方法研究

对三相桥式逆变器死区效应进行了理论分析.阐述了死区效应对逆变器输出电压的影响.介绍了加入一种死区时间的方法,在此基础上提出了一种基于SVPWM控制的逆变器死区补偿方法,即对称补偿法.该方法有效地改善了死区效应引起的电流畸变,实验结果证明了理论分析的正确性和该方法的可行性和有效性,并成功用于变频器的设计中.     

IGBT驱动保护电路研究

介绍了IGBT门极驱动保护电路的分类,分析了IGBT驱动保护电路的发展趋势,对常用IGBT驱动器如光耦隔离型、变压器隔离型等典型电路进行了分析,并将市场上常用厂家生产的IGBT驱动器工作参数和性能进行了比较,结合对工程实践中IGBT故障的分析,讨论了选用IGBT驱动器时的参考原则,理论分析和应用实践表明,内部集成完善保护功能的光耦隔离驱动有较好的性价比,高频变压器隔离驱动有较高的可靠性。