基于全碳化硅功率组件的叠层母排优化设计研究

为减小全Si C功率组件开关振荡,满足高功率密度对功率器件的应用要求。定量分析三相两电平拓扑叠层母排元器件布局关系,建立考虑自感和互感的叠层母排数学模型,基于数学模型计算单个电容和2个电容对应的母排回路杂散电感等效值,仿真分析3个电容以上对应的叠层母排回路杂散电感等效值。计算与仿真结果均表明,随着支撑电容数量的增加,回路杂散电感逐渐减小,并且一致性更好。通过分析各支路杂散电感,优化了直流母线端口布局;通过双脉冲实验验证了叠层母排优化后抑制开关振荡的效果。实验结果表明,虽然优化后的功率组件开关时间及开关损耗有所增加,但开关振荡得到有效抑制,能更好地满足高功率密度应用场合对安全性能的需求。     

层叠母排并联支路杂散电感建模及测量方法

建立精确母排的杂散电感模型是准确分析绝缘栅双极型晶体管(IGBT)可靠性的关键问题之一。大功率IGBT模块通常存在2~3个功率端子,端子之间的均流特性与母排所在支路的杂散电感相关。以一台三相两电平车载逆变器叠层母排作为研究对象,建立了母排并联支路的局部自感和互感模型,并对模型进行简化。借助Q3D仿真工具,对母排并联支路局部杂散电感进行提取,验证了模型简化方法的准确性。同时提出一种高精度的母排局部杂散电感测量方法,验证了杂散电感仿真结果的正确性。     

基于谐振原理的三电平叠层母排杂散电感测试方法

提出了一种基于LC谐振原理的三电平叠层母排杂散电感的测试方法.在测试电路中加入谐振电容,根据换流过程中叠层母排的杂散电感与已知谐振电流产生的谐振频率,精确测量出谐振频率,由已知的谐振电容数值推导出叠层母排的杂散电感.试验表明,该方法对于三电平叠层母排杂散电感的测量精度高,对于中高压三电平电力电子拓扑的过电压保护具有重要的指导意义.     

高压大容量变换器中母排的优化设计

母排的分布电感是影响高压大容量变换器中半导体器件可靠运行的重要因素.以一台基于集成门极换流晶闸管的三电平变换器中的母排为研究对象,采用部分元等效电路法建立母排模型,提出一种低感低影响母排布局和分配的设计方法,并将该方法用于实际系统中.提出一种新的母排结构,其仿真结果与原有结构的实验、仿真结果对比表明,采用本文所提出的母排设计方法,可有效地减小母排的分布电感及其对开关器件电压应力的影响.     

基于分立器件并联型碳化硅逆变器的叠层母排设计研究

在分立器件并联型碳化硅逆变器中,主功率回路叠层母排的设计需满足低寄生电感、外电路对称及器件均温的目标。然而,现有叠层母排的结构方案大多针对的是功率模块,对于分立器件并联型叠层母排缺乏系统性的设计方法。首先以两管并联为例,展示分立器件并联型叠层母排的三维结构特征。接着提出一种分立器件并联型叠层母排寄生电感建模以及解耦计算方法,为评估并联支路寄生电感大小和对称性提供依据。最终基于Ansys Q3D的参数化仿真分析,对不同器件布局以及关键物理尺寸进行寻优,总结出分立器件并联型叠层母排的设计原则。基于上述方法,设计出一种六管并联型叠层母排结构,通过仿真和实验验证了该结构满足低感,外电路对称以及器件均温的设计目标。     

大容量电力电子装置中母排杂散电感提取方法的优化研究

在大容量电力电子装置中,母排的杂散电感在开关器件换流过程中会引入非理想的电压尖峰,并使得系统的电磁干扰进一步恶化。为分析与优化系统性能,需要对母排的杂散电感进行准确提取。相比于传统微分法,应用积分法提取母排杂散电感具有抗噪声能力强、计算结果对波形形状不敏感等优点,然而在简单的积分运算中积分时限的选取对计算结果有较大的影响。提出一种优化的积分形式的母排杂散电感的提取方法,在传统积分法的基础上考虑杂散电阻和测量偏置两个影响因素,提高了计算的准确度。最后,基于1 200V/3 600A的IGBT双脉冲测试平台,对母排进行有限元仿真,通过仿真结果与几种不同方法计算得到的结果进行对比,验证了所提方法的有效性与准确性。     

考虑寄生电感的谐振开关电容变换器电压尖峰抑制

基于碳化硅(SiC)器件的谐振开关电容变换器(RSCC)因其软开关特性,适用于高频、高功率密度的场合.但是较高的工作频率使其对线路寄生参数较敏感,易造成开关器件的电压尖峰问题.通过分析RSCC叠层母排模型,该文建立含有寄生电感的等效电路,研究寄生电感对电路运行模态的影响,并推导开关器件电压峰值与寄生电感之间的关系.在此基础上,提出优化叠层母排结构和吸收电容的电压尖峰抑制方案,仿真及实验结果验证了该文电压尖峰抑制方案的有效性和可行性.     

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。     

考虑寄生参数影响的高压叠层母线排优化设计

以三相变流系统中的高压母线排为例,在原有独立母排基础上,设计了原格局下的和改善电容及功率器件分布格局后的叠层母线排,仿真和实验对其寄生参数进行研究。结果表明,相对于独立母排,设计的叠层母线排寄生电容参数增加,滤波效果增强;寄生电阻和寄生电感大大减小,叠层母排的寄生参数进一步降低;减小回路中的过电压和降低回路中的差模/共模干扰与近场辐射,对降低电力电子装置中的传导电磁干扰具有重要意义。     

节能变频器叠层母线的设计

分析变频器的核心器件绝缘栅双极型晶体管尖峰电压产生的原因,设计母排结构时要避免电流分布不均匀,减小杂散电感参数.运用效应原理设计双层叠排,理论上分析运用叠层母线排设计能有效地抑制IGBT产生的过电压尖峰值,从而延长变频器的使用寿命.叠层母线设计有效地减少母线对系统的电磁干扰.