一种大功率IGBT软开关驱动电路

针对单一阻值栅极驱动器的不足,分析了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开关特性,阐述了IGBT驱动电路的关键点,设计了一种基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)多等级控制的大功率IGBT软开关驱动电路。最后通过双脉冲实验,分别对比了软开关驱动和3.3Ω,10Ω单一阻值驱动在控制IGBT开通和关断时的特性参数,验证了软开关驱动在某些特性参数方面具有明显的优越性。     

高压大功率压接型IGBT器件的PETT振荡特性及其抑制方法

高压大功率压接型IGBT器件在关断拖尾阶段产生高频等离子体抽取渡越时间(plasma extraction transit time,PETT)振荡,对驱动电路和环境产生严重的电磁干扰,抑制PETT振荡对于研制大功率压接型IGBT器件至关重要。基于IGBT关断拖尾阶段空穴注入空间电荷区引起的空间电荷效应,分析了空间电荷区的大信号特性以及PETT振荡产生的机理。其次,搭建了压接型IGBT器件开关特性测试平台,首次研究了单芯片PETT振荡特性、驱动回路参数对PETT振荡的影响以及PETT振荡的电磁干扰特性。最后,讨论了压接型IGBT器件PETT振荡抑制措施,提出了一种可以降低封装工艺复杂度、降低芯片电气应力的方法,该方法非常适合于高压大功率的压接型IGBT器件。     

基于双脉冲实验的SiC与IGBT特性对比研究

SiC功率器件的应用要求对SiC半导体器件本身结构性能及工作特性等有系统认识和研究,其相关工作在国内才刚起步。通过搭建双脉冲实验平台,对SiC功率器件驱动工作特性进行实验研究,进行双脉冲测试,实现530 A大电流驱动关断实验。与IGBT模块的双脉冲测试结果对比,SiC功率器件比IGBT器件开关速度更快,开关损耗更小,续流管反向特性好,反向恢复电流更小。此外,针对SiC功率器件关断时的涌浪电压问题,采用纯C吸收电路可有效抑制涌浪电压,降低器件的关断损耗。     

基于串联IGBT关断延时的门极补偿均压策略

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的串联在高电压开关快速切换过程中有着重要的应用。IGBT串联的核心问题是器件的均压。研究表明IGBT关断时间不一致是造成串联器件电压不均衡的主要原因。此处基于控制驱动电路板,提取IGBT关断不一致的延迟时间,给予门极信号控制电平对时间延迟进行补偿,改善均压效果,且根据延迟时间控制门极信号,使串联IGBT关断过程达到均压的效果。此处详细阐述了补偿过程,通过实验验证该方法的实际均压效果。     

IGBT模块窄脉冲解决方案

绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块在运行过程中,若出现窄脉冲,会对IGBT造成较大影响,甚至损坏。主要是因为内部IGBT或体二极管单元在未完全开通情况下又重新关断,这一过程产生的di/dt要比正常完全开通再关断的情况大很多,从而对于IGBT单元会产生很大的关断电压尖峰,而对于体二极管单元而言,会产生很大的du/dt和振荡。在此以模块FF1000R17IP4为例,分析了出现窄脉冲的原因,然后给出了限制窄脉冲的方法。     

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。     

三相直流/交流变换器中放电阻止型缓冲电路的研究

在以绝缘栅双极晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)作为开关器件的直流/交流(DC/AC)变换器中,为了保证处于高速开关下的IGBT在关断时不会被产生的关断过电压所击穿损毁,电路中需要增加缓冲电路.针对缓冲电路中电容器件端产生的最大瞬时电压及参数选取问题,通过对限幅钳位放电阻止型关断缓冲电路在三相电压型桥式DC/AC变换器中IGBT关断状态下工作模态的分析,从理论上对缓冲电容上产生的最大过冲电压进行推导.最后,通过搭建的仿真模型验证了对缓冲电容端过冲电压理论推导的正确性,为缓冲电路的参数选择提供了参考依据.     

基于EXB 841的IGBT驱动电路设计及优化

介绍了绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)器件驱动电路设计的一般要求．对EXB841芯片的工作过程作了深入的分析,研究了EXB841对IGBT的开通和关断以及过流保护的原理．指出了用EXB841直接驱动IGBT时存在的问题和不足,主要是过流保护的阀值太高、关断不可靠及在软关断时没有对外部输入信号进行封锁。同时,提出了针对这些不足在设计驱动电路时应当采取的几种有效方法最后,运用EXB841及其他器件设计和优化了一个IGBT的驱动电路．该驱动电路通过电力电子仿真软件PSPICE(Simulation Program with IC Emphasis)仿真和试验证明能够有效地对IGBT器件进行驱动和过电流保护。     

微网快速开关系统驱动电路的研究

针对新型微网系统FREEDM(Future Renewable Electric Energy Delivery and Management)中的快速开关系统,提出了一种新型的IGBT驱动控制电路。将IGBT应用于FREEDM的快速开关系统中,根据其在不同故障状态下的不同关断特性,利用集电极退饱和原理,研究设计了具有双故障检测支路的IGBT驱动控制电路,从而保证IGBT在FREEDM中的可靠关断。最终通过Saber仿真和实验验证了驱动控制电路能够在各故障状态下可靠地关断IGBT。     

一种基于di_C/dt反馈控制的大功率IGBT驱动保护方法

针对大功率IGBT提出一种新型的有源门极驱动保护方法。在IGBT正常开通与关断过程中,利用di_c/dt反馈控制,设计软开通及软关断电路,有效缩短IGBT的开通与关断时间,提高IGBT的开关频率,减小器件功率损耗;在IGBT发生短路时,结合di_c/dt反馈技术,设计改进型有源钳位保护电路,实现IGBT软关断,防止关断时产生较大的过冲电压损坏IGBT,同时有效减小门极触发电阻R_g上的损耗。利用Saber软件进行电路仿真,并基于大功率IGBT模块YMIF1200-33实验平台,验证方案的可行性,结果表明,相对于传统控制方案,正常开关情况下,开通时间缩短了26.5%,关断时间缩短了52.6%;短路情况下,相对于传统有源钳位方法,改进方案在有效钳住V_(CE)电压的同时,关断期间门极电阻上的电流减小到原来的35.4%,并能在短路发生的第一时间迅速可靠地关断IGBT。     

LPWM控制的正交二相电磁搅拌电源

构建出正交二相绕组与直流电压中心相连接的电磁搅拌电源主回路.该电路采用IGBT的数量是二相分别采用桥式电路时的一半.以双极性SPWM调制方式为基础,提出了以输出电流的正负来开放封锁IGBT的逻辑脉宽调制( LPWM)方式,具有减少门极开关损耗,提高PWM开关频率,增加抗直通安全可靠性等优点.通过1-2变换构造出系统控制...     

IR2110在驱动大中功率IGBT模块中的应用

介绍了IR2110驱动芯片的特点,对驱动电路作了部分改进,通过选取合理的参数。加上脉宽限制和电平箱位电路,使其应用于驱动大中功率IGBT模块。实验证明了该电路的可行性。     

A new parallel ZVS converter with less power switches and low current stress components

A new direct current (DC)/DC converter with parallel circuits is presented for medium voltage and power applications. There are five pulse‐width modulation circuits in the proposed converter to reduce current stress at low voltage side for high output current applications. These five circuits share the same power switches in order to reduce switch counts. To reduce the converter size, conduction loss, and voltage stress of power semiconductors, the series connections of power metal‐oxide‐semiconductor field‐effect transistor (MOSFET) with high switching frequency instead of insulated gate bipolar transistor (IGBT) with low switching frequency are adopted. Thus, the voltage stress of MOSFETs is clamped at half of input voltage. The switched capacitor circuit is adopted to balance input split capacitor voltages. Asymmetric pulse‐width modulation scheme is adopted to generate the necessary switching signals of MOSFETs and regulate output voltage. Based on the resonant behavior at the transition interval of power switches, all MOSFETs are turned on under zero voltage switching from 50% load to 100% load. The circuit configuration, operation principle, converter performance, and design example are discussed in detail. Finally, experimental verifications with a 1.92 kW prototype are provided to verify the performance of the proposed converter. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

两电平电压源换流器的损耗计算方法

功率损耗影响电压源换流器的效率,是实际工程应用中必须关注的一个问题.采用多项式方法拟合绝缘栅双极晶体管IGBT(insulated gate bipolar transisitor)厂商提供的特性曲线,建立多项式损耗模型,给出了适用性强的IGBT模块损耗计算方法.在LabVIEW下编写了损耗计算程序,对两电平电压源换流...     

级联功率单元IGBT的驱动与保护研究

IGBT驱动保护方式直接关系到IGBT寿命、输出波形畸变率、甚至包括系统可靠性与稳定性.目的在于研究功率单元IGBT的驱动与保护,为此首先分析了各种驱动方案的优缺点,然后确定了IGBT驱动保护方案,接着根据IGBT工作特点,选用2SD315A作为驱动保护元件进行设计,最后将此方法应用到实践中,经过长时间运行验证,该电路可以满足使用要求.     

IGBT动态串并联驱动信号补偿的研究

为解决多个IGBT的串并联问题以实现单管IGBT在高电压、大电流场合的应用,在研究了各种IGBT串并联的直接主动控制和间接被动控制方法后分析了IGBT串并联发生动态不均压均流的原因,明确了驱动信号的同时工作是可靠地实现控制方法的关键。结合工程实际的应用,采用一个高频脉冲变压器KCB-02A1来补偿IG-BT门极驱动信号,由电路基本理论推导出该脉冲变压器的参数选取原则;然后运用计算机辅助设计软件PSPICE仿真验证了该方法在IGBT串联动态均压中的有效性;最后通过搭建实验电路验证了该方法能实现并联动态均流的驱动信号补偿,从而能整体实现IGBT串并联的动态实用性,给工程实用中的IGBT动态串并联运行提供了一种可行的方法。     

考虑中性点电位的三电平虚拟空间矢量窄脉冲抑制

三电平逆变器虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)应用广泛,但由于是三电平控制,在某些区域会产生窄脉冲,从而带来不必要的开关损耗和热量积累。分析了VSVPWM的窄脉冲分布,利用差模电压和共模电压对窄脉冲进行了抑制,同时将中性点电位控制在小范围内波动。仿真和试验证明了该方法能够抑制绝大部分窄脉冲,并且不会造成输出波形畸变和谐波增加。     

适用于脉冲电声法的ns级超窄高压脉冲发生器的研制

对于电声脉冲法空间电荷测试系统中的高压脉冲电源,论文提出了采用脉冲形成线及振荡电路原理来实现超窄高压脉冲。论文在对脉冲发生原理及形成线的参数对波形影响进行了详细论述与分析的基础上,对超窄高压脉冲电源进行了制作和测试。从测试的结果可以看出,基于脉冲形成线原理的高压脉冲发生器能够形成稳定的超窄高压脉冲(ns级),其脉冲宽度随脉冲形成线的长度增加而线性增加,可适用于不同空间分辨率的电声脉冲法空间电荷测量系统。     

功率IGBT模块测试设备脉冲高压参数校准技术研究

为了避免器件温升对参数测量造成影响,"脉冲测试法"被广泛应用于功率IGBT模块的静态和动态参数测试中。该类设备内部单脉冲高压源脉冲宽度为50μs时脉冲的高压幅度可达7 k V以上,如何对该单脉冲高压源进行校准是一个技术难题。研制了脉冲高电压分压器,并使用数据采集单元搭建了脉冲高压参数校准装置,解决了功率IGBT模块测试设备的脉冲高压参数校准难题。通过测量不确定分析和实验验证,综合考虑各测量不确定度分量的影响,在包含因子k为2时,脉冲高压参数校准扩展测量不确定度为1.4%。     

镁合金微弧氧化大功率双极性脉冲电源的研制

介绍一种用于镁合金微弧氧化表面处理的脉冲电源数字控制系统设计.该电源采用三相半波晶闸管整流电路,用IGBT进行直流斩波;根据电流电压反馈信号计算偏差,进行数字PI调节,以获得恒流、恒压的输出特性;控制系统通过20mA电流环异步串行通讯接口,与人机界面交换数据.研制的样机在运行中表现出良好的稳定性和可靠性.