基于RC阻容吸收的串联IGCT动态均压研究

为了研究串联IGCT关断时暂态特性,建立了串联IGCT的关断电流数学模型,该模型考虑了所串联的同一型号半导体开关器件物理特性存在的细微差异。基于此模型,提出了用微分方程研究串联IGCT电路关断的均压特性的思路。为验证该思路的有效性,建立了基于串联IGCT斩波电路的关断暂态模型,该模型充分考虑了IGCT阻容吸收回路、线路杂散电感对IGCT关断暂态过电压的影响。数值仿真及试验结果表明,该模型能较好地反映串联IGCT关断的均压情况。     

IGCT的原理性电学模型与动态特性仿真

集成门极换向晶闸管(IGCT)因具有开关速度快、损耗低、容量大、导通管压降低等优越性能而正逐渐广泛地应用于中压大功率领域,但国内外仿真软件中尚无IGCT的器件仿真模型。为此根据IGCT的结构特点、工作原理、额定参数以及外总电学特性,应用两个Hu-Ki模型并联的优化模型及ORCAD建立了IGCT的原理性电学模型,给出了模型的电路图及元件参数,并应用该模型进行了IGCT的动态特性仿真与分析,给出了开通、关断电压和电流波形,关断功率脉冲波形,门极关断电压和电流波形。仿真结果显示仿真的IGCT器件关断时间2μs,关断能量约0.1J,关断时门极反向电流峰值25A,表现出明显的反向抽取作用,与实测波形保持了很好的一致性。该模型意义明确、描述准确、结构简单、仿真速度较快,且有一定的通用性,可用于IGCT器件与简单系统的仿真研究,为IGCT的选择应用、器件匹配与保护电路的设计提供研究手段与设计参考。     

IGCT驱动关断电路及续流回路参数提取

集成门极换流晶闸管(integrated gate commutated thyristor,IGCT)关断暂态时,其电流迅速由阴极换向到门极,且IGCT反并联二极管因承受正向偏压而导通,故IGCT关断暂态特性受其门极驱动关断电路及其反并联二极管运行特性影响。基于IGCT关断暂态换流机制及反并联二极管的工作原理,提出IGCT关断暂态时门极换流晶闸管(gate commutated thyristor,GCT)、驱动电路与反并联二极管所构成续流回路的等效电路,详细分析反并联二极管不同工况时等效电路结构及其运行特性的变化。结合IGCT关断暂态其端电压及等效电路各支路电流的实验结果,给出IGCT驱动关断电路及续流回路参数的提取方法。通过不同箝位电压与关断电流时实验结果与理论分析的对比,并考虑参数提取结果的一致性,充分证明等效电路与理论分析的正确性及参数提取方法的有效性。     

基于傅里叶级数的改进型IGCT物理模型

研究集成门极换流晶闸管(IGCT)高精度模型建模方法,有助于深入分析IGCT运行特性、提高含IGCT变流器的整体性能。为此,建立了基于傅里叶级数法的改进型IGCT物理模型,根据IGCT运行特性考虑了N基区非耗尽区注入状态的变化,且针对不同注入状态将描述该区域载流子分布特性的双极输运方程(ATE)加以简化,并运用傅里叶级数法求解,提高了关断暂态拖尾电流精度。利用动态承压系数计算N基区空间电荷区压降,确保电流可靠关断的同时,提高了关断暂态电压精度。同时,N缓冲层和P基区分别采用准静态法与电荷控制法描述载流子分布情况,建立了改进的IGCT物理模型。通过改进模型与现有模型仿真结果及实验结果的对比,验证了该建模方法的正确性和模型的有效性。     

IGCT关断暂态温度特性及其电热模型

集成门极换流晶闸管(IGCT)广泛应用于高压大功率电力电子装置中,受到环境温度变化和器件自热等影响,其开关特性发生显著改变。本文针对不同温度下的器件开关特性开展了测试实验,利用分阶段解析建模的方法分析了影响器件关断存储、基区承压以及拖尾电流三个阶段的关键温度依赖参数。分析结果表明关断存储阶段主要受到载流子寿命和射极复合系数的影响,但射极复合系数相对于载流子寿命对电流拖尾过程的影响随温度变化更为显著。在此基础上由所得关键参数建立了IGCT温度依赖模型,利用封装传热阻容子电路网络建立了器件的结壳传热模型。最后,基于该模型对IGCT关断暂态过程进行了电热仿真分析,通过仿真波形与实测波形的比较验证了该模型的准确性以及关键温变参数的影响。     

高压大功率IGCT器件在PSIM中的仿真研究

由于高压大功率IGCT器件的优越性能,使其在高压大功率变换器领域中逐渐得到广泛应用.本文研究了一种适用于高压大功率变流仿真的IGCT功能模型,该模型依据IGCT的主要外部物理特性(主要是阳极电流和关断电压),在PSIM软件包下建立的等效电路.此模型的主要特点为计算速度快,参数求解方便等.该文还详细描述了该模型的测试电路,并根据ABB公司给出的5SHY35L4510模型主要参数进行实验,通过仿真和实验的波形对比表明该模型具有一定理论参考价值和实用性.     

基于Saber的IGCT集总电荷模型研究

在此使用MAST语言在Saber软件中建立了非对称型IGCT的集总电荷模型。应用IGCT通用测试电路测试电路对该模型进行了测试,给出了IGCT开通与关断时的实验与仿真波形,分析了造成两者差异的原因,证明了所建立模型的有效性。在此基础上,将该模型应用在IGCT并联研究中,仿真结果与实际实验中IGCT电流拥挤现象吻合。IGCT集总电荷模型兼顾了器件物理原理与仿真速度,在研究器件并联以及保护方面有一定的指导意义。     

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.     

固态限流器中大功率IGCT并联关断保护电路

集成门极换流晶闸管（integrated gate commutated thyristor,IGCT）具有大电流导通损耗低和关断过程快速均匀可靠等特性,在固态限流器（solid state fault current limiter,SSFCL）应用中具有综合优势。为此,针对固态限流器中并联运行的大功率IGCT,通过构建器件的集总电荷仿真模型对其关断过程进行了仿真分析,并结合试验验证深入研究了RC阻容缓冲和压敏电阻保护对并联IGCT关断特性的影响。大电流关断研究结果表明：RC缓冲能进一步缓解并联IGCT关断过程中的电流拥挤现象,降低拖尾电流下降率,减轻器件动态雪崩击穿的剧烈程度;在固态限流器中回路电感和关断电流均比较大的条件下,增加RC缓冲能大幅提高并联器件的关断可靠性。该研究成果可以为并联IGCT有效保护方案的设计提供参考。     

IGCT载流子寿命分布特性及参数提取方法研究

集成门极换流晶闸管(IGCT)物理模型中载流子寿命与器件动静态特性有着密切联系。现有基于器件关断拖尾电流的载流子寿命参数提取方法,假设关断拖尾电流的衰减主要取决于基区载流子的复合而忽略了阳极电子电流的影响,但IGCT采用透明阳极结构增强了关断时阳极电子的抽离,因此将该方法应用于IGCT存在不足。本文基于掺杂浓度依赖的载流子寿命模型和肖克莱-里德-霍尔(SRH)复合模型,分析了不同区域下载流子寿命的耦合关系;当透明阳极厚度远小于少子扩散长度,将透明阳极侧PN结等效为短二极管,分析了其少数载流子和电流分布特性,并由此提出载流子寿命参数提取的改进方法。最后,根据载流子等效寿命随外加电压变化的特性,实验提取了不同区域下的载流子寿命参数,通过器件双脉冲仿真及实验结果对比验证了参数提取结果的有效性。     

基于漂移扩散模型方程的IGCT电路模型

现有基于双极扩散方程(ADE)的功率半导体器件模型只能准确描述准中性区载流子分布,应用于高压器件建模时精度有限.提出一种基于漂移扩散模型(DDM)的集成门极换流晶闸管(IGCT)电路模型的建模方法以提高模型精度.通过分析发现,求解变量数量级相差较大,以及由高掺杂浓度决定的特征参数是影响模型特性的主要因素.由此,通过边界...     

基于物理的IGCT电路模型参数提取方法

随着集成门极换流晶闸管(IGCT)在大功率电力电子装置的大范围推广,相应的高精度仿真研究必不可少,IGCT模型特别是具有较高精度的基于物理的IGCT电路仿真模型将发挥更加重要的作用。本文充分考虑了IGCT结构特点及其运行特性对参数提取的影响,结合理论分析、实验提取、实物测量及经验估算,在已有参数提取方法的基础上,提出了一种适用于基于改进型傅里叶级数法的IGCT电路模型的参数提取方法。搭建了具备感性负载的箝位电路测试平台,用于参数提取及提取方法验证,将采用本文方法提取的模型参数用于上述IGCT电路模型,进行电路仿真分析,所得IGCT模型仿真结果与实验结果高度拟合,验证了本文参数提取方法的正确性。     

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。     

应用于无线充电系统的SiC MOSFET关断特性分析

SiC MOSFET的关断特性是无线充电系统传输效率和电应力研究的主要内容之一,对系统的安全、高效运行具有重要意义.首先,针对无线充电系统中考虑高次谐波的关断瞬态电流进行建模,并基于数据手册建立SiC MOSFET的关断能量损耗模型;其次,通过计算和仿真验证关断瞬态电流求解的正确性,探讨了关断瞬态电流、关断能量损耗与直流母线电压和输出功率的关系;最后,搭建1 kW LCC-S补偿的基于SiC MOSFET的无线充电系统进行实验验证,结果证明在全输出功率范围内,应用于无线充电系统的SiC MOSFET具有恒关断电流和恒关断损耗的特性.     

直流断路器半导体组件内母排电感对并联IGBT关断特性的影响及其结构优化

大功率绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)混合式高压直流断路器是适应多端柔性直流输电工程发展的关键装备,优化断路器半导体组件内IGBT故障大电流的关断特性进而确保器件安全可靠运行是断路器工程的重要部分。文章围绕组件内杂散电感对IGBT关断瞬态电压峰值、关断损耗和并联IGBT间关断动态均压、均流特性的影响,对组件的母排结构进行了优化设计。通过实验和仿真对比研究可得:采用将2组缓冲RCD分散、对称布置于并联IGBT两侧的方式设计的母排结构可更大程度优化并联IGBT的关断瞬态特性,但采用将单组缓冲RCD布置于并联IGBT中间的方式可在满足器件安全可靠运行条件的同时提高经济性,更适合工程应用。该研究结论可为基于并联IGBT的直流断路器组件中母排结构设计及优化提供技术指导。     

直驱风机低电压穿越控制技术研究及实测验证

随着风电大规模接入电网,新的并网规范要求风力发电机组必须具有低电压穿越能力.针对直驱式风电机组,采用直流母线卸荷电阻限制电压跌落时变流器直流环节产生的过电压,并通过改进电流控制策略抑制变流器过电流,从而实现永磁同步发电机风电机组的低电压穿越运行.在网侧变流器数学模型的基础上进行了卸荷电阻的优化设计,提出了电网电压跌落故障时网侧变流器的改进电流控制策略,最后在1.5 MW级永磁同步发电机风电机组上进行现场低电压穿越能力测试,实测验证了所提出方法的正确性.     

基于模块并联的新型交流斩控变换器研究

对现有的交流调压技术进行了研究,以单相交流斩波电路为基础,提出了一种新颖的交流斩波电路拓扑及一种改进的交流斩波PWM控制方法。为了改善输出电压的波形质量,该文采用了输出占空比前馈,并结合输出电压的平均值和瞬时值的双环控制方案。在该控制方案的基础上,实现了交流模块的并联控制,并取得较好的并联效果。实验结果证明了该控制方法的可行性和有效性。     

两种新颖的准谐振型电流陡脉冲整形电路

为了减小瞬变电磁发射机电流脉冲关断延时、提高下降沿线性度、改善电流正负下降沿波形一致性，提出耗能型、馈能型两种准谐振型电流陡脉冲整形电路。推导关断延时、下降沿线性度与整形电路元件参数、供电电压、电压应力的关系，提出电路参数优化计算数学模型。通过与RCD电路的对比分析、软件仿真和实验，结果表明两种整形电路关断延时小，线性度较好，电流无过冲现象，并具有与供电电压无关的特性。其中馈能型整形电路具有上升沿提升能力，耗能型整形电路具有关断延时更小的特点，适合大电感负载情况下产生稳定的、精准的电流陡脉冲，目前耗能型整形电路已在瞬变电磁发射机中得到成功应用。