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。     

IGBT模块的杂散参数计算与封装设计研究

绝缘栅型双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块由于线路杂散电感的存在使得在开通和关断的瞬态过程中产生过大的电压尖峰,过压会使IGBT芯片的集电极电流增大从而导致结温上升,且其是导致IGBT模块失效的一个重要因素,通过有限元仿真软件Ansoft Q3D Extractor对键合线结构IGBT模块的杂散参数进行计算并对其封装结构进行优化,设计可有效降低IGBT模块杂散参数的平板封装结构,结果显示平板封装IGBT模块的主回路杂散电感为11.365 n H,电阻为0.409 m?,与键合线结构IGBT模块相比,杂散电感降低55.1%,电阻降低13.2%。     

压接型IGBT器件内部杂散电感差异对瞬态电流分布影响规律研究

压接型IGBT器件内部多颗芯片的并联连接是提高其电流等级的重要手段。然而,IGBT芯片之间的瞬态电流不均衡是限制其电流提升的主要原因之一。研究压接型IGBT器件内部的瞬态电流分布规律对于规模化IGBT并联封装设计具有重要意义。该文首先通过有限元软件提取了压接型IGBT器件内部的栅极、集电极和发射极的杂散电感,得到三个杂散电感随IGBT芯片不同位置的变化规律;其次对三个杂散电感差异下的电流分布进行了理论分析,发现电流分布主要受到功率回路和驱动回路的公共支路上杂散电感的影响;同时分别对开通和关断过程中IGBT芯片内部的载流子变化过程进行分析,发现发射极杂散电感差异主要影响开通过程的电流不均衡;然后针对三个杂散电感差异分别进行电路仿真,得到杂散电感差异对电流分布的影响规律,仿真结果验证了理论分析的有效性;最后建立了两芯片的并联均流双脉冲实验平台,平台能够调节两支路之间的杂散电感差异,实验结果进一步验证了该文理论分析的有效性。     

计及杂散电感的多芯片IGBT模块损耗计算

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块封装杂散参数影响内部多芯片并联电流和损耗分布的问题,提出计及杂散电感影响的IGBT模块内部开关损耗计算方法。首先,基于功率模块内部封装结构建立了计及封装杂散电感影响的IGBT等效电路模型,理论推导和分析封装杂散电感对IGBT动态特性的影响。其次,基于开通折线模型中并联芯片间电流变化率与损耗分布对应关系,理论推导了杂散电感分布参数与各支路开通损耗所占比例之间的函数关系,提出计及杂散电感影响的IGBT模块内部开关损耗计算方法。最后,仿真并实验验证了开通过程中IGBT模块内部电流分布规律,测得在不同负载条件下IGBT模块下桥臂各支路损耗并与理论计算结果进行了比较,验证了所提损耗计算方法的有效性。结果表明,IGBT模块下桥臂各并联芯片开通过程中存在明显不均流现象,导致损耗分布存在差异。     

压接式IGBT模块的动态特性测试平台设计及杂散参数提取

压接式IGBT模块具有散热性能好、杂散电感小、短路失效直通等特点,在柔性直流输电等大容量电力电子变换系统中具有极为重要的应用潜能。然而,目前学术界和工业界尚未很好地理解压接式IGBT模块的动态开关特性,严重制约了其推广应用。从压接式IGBT的封装结构和电气特性出发,基于双脉冲测试原理,设计并搭建压接式IGBT模块的动态开关特性测试平台。采用Ansoft Q3D软件对测试平台的杂散参数进行仿真,分析杂散参数的分布特征、影响与提取方法,并通过实验进行验证,揭示叠层母排技术与吸收电容对器件关断电压尖峰的抑制作用,低寄生电感总和验证了平台设计方案的合理性。     

母排杂散电感对IGBT模块功率端子不均流影响

IHM-B封装绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块有3组功率端子,其内部可等效为3组IGBT并联。母排杂散电感的分布对流进该模块功率端子电流的不均流程度有很大影响。以一种半桥式结构的母排作为研究对象,建立影响IHM-B封装的IGBT模块功率端子间不均流程度杂散电感的等效数学模型。通过Q3D有限元仿真软件提取出该母排的自感与互感。搭建双脉冲测试电路,分别提取出在开通瞬态某一时刻流进该IGBT模块3组端子的电流变化率的实验数据,进而分析母排杂散电感对IGBT模块功率端子不均流的影响。实验分析结果证明,通过改变母排结构以减小等效杂散电感的差异,能很好地消除功率端子不均流现象。     

阻抗源逆变器缓冲电路分析与设计

对于功率较大的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)装置,线路寄生电感较大,IGBT关断时的电压变化率和过冲电压很容易损坏功率器件。抑制过冲电压,除了采用低感母排减小寄生电感外,还需要缓冲电路。通过分析阻抗源逆变器工作特性,针对线路杂散电感会造成直通和非直通转换时存在电压尖峰的问题,提出一种适用于阻抗源逆变器的缓冲电路,该电路有效抑制了IGBT关断时的电压变化率和过冲电压,大大减小了母线电压尖峰,提高了变换效率。仿真和实验波形证实了缓冲电路的可行性。     

功率回路杂散电感对IGBT并联均流的影响

母排设计时,为了减小绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的关断瞬态电压尖峰,通常会将功率回路杂散电感设计的尽可能小,但回路杂散电感的大小也会对IGBT的并联动态均流产生影响。针对此问题,首先建立了功率回路杂散电感影响不均流度的数学模型,找到不均流的影响因素;然后,以IGBT物理模型结合Simulink仿真平台分析了回路杂散电感对并联均流的影响趋势;最终,通过双脉冲测试进行了验证,结果表明在该测试平台中,回路杂散电感减小2倍,最大会增加约10%的不均流度。     

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。     

寄生参数对三相逆变器的影响与抑制方法

针对三相逆变器过冲电压导致绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的过压击穿和误导通问题,提出一种减小寄生参数的三相逆变器设计方案。首先建立IGBT换流通路和驱动回路的电路模型,然后分析线路寄生参数对IGBT开关过程的影响,最后给出分立式IGBT构成的三相逆变器设计方案并制作实物进行物理验证。研究结果表明,线路杂散电感是造成IGBT关断过电压的主要原因,IGBT与驱动电路集成的三相逆变器寄生参数影响最小。实验结果验证了结论分析的正确性。     

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。     

储能逆变器用T型三电平IGBT模块寄生参数分析

首先讲述了250 kW和500 kW储能逆变器产品拓扑方案和IGBT模块选型。然后,详细说明了T型三电平的双脉冲测试方法,以及利用双脉冲测试方法对IGBT模块内部电路的寄生参数进行测量和计算的原理,进一步验证了该原理的可行性,并据此画出了IGBT模块带有寄生参数的等效模型。最后,分析了其寄生参数对双脉冲测试结果的影响,给出了修正办法。这里所描述的原理和方法对真实评估IGBT模块在各种工况下的安全性能具有重要的意义。     

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。     

寄生电感对SiC MOSFET开关损耗测量的影响

双脉冲测试是评估器件动态特性的重要手段.测试电路的寄生参数将对测试结果产生直接影响.基于双脉冲测试平台,研究并评估寄生电感对碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)开关损耗测量的影响.首先,用低感电阻替换测试电路中的续流二极管,通过对母线电容放电状态下的电压和电流波形进行高阶多项式拟合,计算得到双脉冲测试电路主回路的寄生参数.其次,通过调整主回路跳线接口处的空心小电感感值,获得不同主回路寄生电感值的双脉冲测试电路.最后,对比分析了不同电压电流测试条件下寄生电感对开关损耗测量的影响.研究结果表明:随着主回路寄生电感的增大,在开通阶段漏源电压下降变快,开通损耗随之减小;而在关断阶段漏源电压过冲增大,关断损耗随之增大,总开关损耗几乎不变.     

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.     

高压直流断路器组件内IGBT关断瞬态电压过冲的关键影响参数

基于绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)的全控型混合式高压直流断路器是多端柔性高压直流输电工程的关键设备,其半导体组件内IGBT关断瞬态电压过冲是工程中需重点关注的问题,该文以典型的IGBT全桥拓扑结构的半导体组件为例,研究了半导体组件内部的母排杂散电感对IGBT关断瞬态电压过冲的影响,揭示了母排杂散电感对IGBT关断瞬态电压过冲的影响机理,获得了IGBT关断瞬态电压过冲关于组件内不同母排中杂散电感的灵敏度;在研究高压直流断路器中IGBT关断机理的基础上获得了包括IGBT器件本身的物理特性参数在内的影响关断瞬态电压过冲的关键参数及其影响规律,最后通过试验验证了理论分析的正确性。研究结果表明:组件内电容支路杂散电感对IGBT关断瞬态电压影响最大,其应作为重点优化对象;除杂散电感外,IGBT的栅极氧化层电容、关断过程集射极电压快速上升时对应的拐点电压以及栅极驱动电阻为影响IGBT关断瞬态电压的关键参数,且均与关断瞬态电压呈负相关性。该研究结论可为半导体组件内部杂散电感的控制、栅极驱动电阻的选择以及IGBT器件的选型或定制提供指导。     

车用IGBT模块及其驱动电路双脉冲实验

通过双脉冲实验对车用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块及其驱动电路进行实验研究,实验中主要观察了IGBT模块在开通和关断过程中的关键特性,包括开关损耗、有源箝位功能、续流二极管的安全性及母排杂散电感等。同时结合实验曲线对IGBT。的开关过程进行了详细介绍。     

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。     

1140V链式STATCOM IGBT尖峰抑制与驱动电路设计

针对大功率链式STATCOM中的IGBT模块关断时产生的尖峰问题,本文首先对IGBT尖峰产生机理进行了详细的分析,在此基础上提出了低杂散电感和简化缓冲电路的设计.通过合适的器件选取和叠层母线的设计应用来降低回路中的杂散电感,再加上简化的缓冲电路,能够有效地抑制尖峰电压,保证IGBT工作在安全工作区内,减少系统损耗.给出...     

英飞凌在2009 PCIM中国展会推出MIPAQ~(TM) base量产模块

在上海举办的2009 PCIM中国展会上,英飞凌科技股份公司近日宣布推出IGBT(绝缘栅双极晶体管)MIPAQ~(TM) base模块。该模块为IGBT三相逆变桥,内部集成电流取样电阻,适用高达55kW的工业驱动和伺服装置,满足低杂散电感的系统设计要求。