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。     

基于器件内部参数差异的大功率IGBT并联均流控制方法

由于制造工艺和器件老化等原因,不同IGBT模块之间的阈值电压会存在一定差异,并对动态不均流产生很大影响.针对此问题,首先分析了阈值电压差异对并联均流的影响机理;然后建立了阈值电压差异与开通延迟时间之间的量化关系;最后以大功率IGBT模块并联为测试对象,通过对驱动延迟时间进行补偿的方法进行双脉冲测试,验证该方法的有效性....     

大功率IGBT模块串联动态均压的研究

绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)的串联使用是一种较为有效的提高耐压的方法。作为电感储能型脉冲功率系统中的主断路开关,IGBT串联组合会在开关的动作瞬间在各串联模块两端出现动态不均压的现象。工程应用中,各串联IGBT栅极驱动信号的不同步是导致动态不均压的主要原因。文中分别从负载侧被动均压和栅极侧主动均压对驱动信号的同步性补偿作用进行了理论分析和实验验证,结果表明均可以达到很好的动态均压效果。在此基础上提出利用阻容二极管有源均压法实现多个IGBT模块的串联应用,仿真验证了该方法在3个IGBT串联应用中的可行性。对工程实际应用具有一定的参考意义。     

并联IGBT模块静动态均流方法研究

IGBT模块在电力电子技术中得到了越来越广泛的应用,在大功率应用中为了扩大电流容量,会将开关器件并联使用。IGBT模块并联使用时的主要问题是静态不均流和动态不均流,基于IGBT模块的输出特性曲线,建立了并联IGBT模块的静态模型,分析了影响静态不均流的主要因素,通过调整栅压法及外加阻抗法改善了静态不均流;基于IGBT模块的分布参数模型,建立了并联IGBT模块的动态模型,分析了影响动态不均流的主要因素,通过栅极电阻补偿法改善了动态不均流,并提出了一种基于模块参数的主动门极控制均流方法。文中两只IGBT模块(1 200 V/300 A)并联的实验研究证明了模型的正确性和静动态均流方法的有效性。     

基于半桥模块的母排设计与并联IGBT均流分析

针对大容量储能变频器的并联绝缘栅双极型晶体管(IGBT)均流问题,首先建立半桥模块功率回路杂散参数与不均流度的数学模型,分析功率回路杂散参数对并联IGBT均流的影响.然后提出一种基于半桥模块的母排设计方案,借助Maxwell,PSIM仿真工具提取母排杂散参数并迭代优化.最终搭建基于半桥模块的4并联IGBT双脉冲试验台.试验结果表明,并联IGBT功率回路杂散电感、杂散电阻偏差值与不均流度正相关,通过对母排多次迭代优化设计,最终降低了并联IGBT动态和静态不均流度,验证了功率回路数学模型的正确性.     

IGBT模块并联时动态电流均衡控制策略研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在现代电力电子产业中得到了极为广泛的应用。为了增大装置的输出电流、提高功率密度并提升性价比,IGBT模块经常被并联使用。在并联过程中,温度不均衡、器件老化等复杂的运行工况,会导致并联模块间出现不均流,为了实现模块间的静动态均流,IGBT模块常常被降额使用,而降额不仅浪费了器件的容量,也导致了器件个数的增加、装置体积的增大和成本的增加。分析了动态不均流形成的因素,提出了一种新的门极信号延迟控制方法,该方法利用模块自身存在的杂散电感提取动态电流不均衡的程度。实验验证了所提方法的正确性与工程可用性。     

并联谐振感应加热电源扩容设计与应用*

为提高大功率并联谐振型感应加热电源的稳定性和功率密度,在电源设计中采用了IGBT和逆变桥双重并联的扩容方法,其中双重并联设计的重点是IGBT和逆变桥的均流.在基于IGBT并联模块驱动脉冲一致的情况下,分别建立了IGBT和逆变桥并联电路等效模型,分析了电路杂散参数对均流的影响.利用Simulink仿真验证了杂散参数对IGBT和逆变桥均流的影响.在电源样机中通过对并联IGBT模块驱动脉冲的一致性设计和合理的结构设计,取得了较好的均流效果.     

IGBT并联动态不均流温度特性研究

绝缘栅双极型晶体管( IGBT)并联集成技术在现代电力电子领域中得到了日益广泛的应用,通常认为只要IGBT在初始工作时处于安全范围内,即使发生不均流也能正常工作.然而,IGBT工作一段时间后,产生的温度变化会对动态不均流产生影响.这里研究了温度对IGBT并联动态不均流的影响,设计了一组IGBT并联实验,采集了并联两模块...     

母排互感对IGBT模块并联动态均流的影响

为了改善绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块并联中的不均流现象,以IGBT模块并联的典型叠层母排结构为研究对象,基于Ansoft Q3D和Simplorer软件,探究了IGBT模块开关瞬间叠层母排的等效电路,提出了一种新颖的叠层母排端子互感对IGBT模块动态均流的影响理论,并在实验中得到了良好的验证。     

大功率IGBT模块并联使用中动静态均流特性研究

介绍了IGBT扩容的并联方法 ,分析了IGBT模块并联运行时导致不均流的各种因素 ,提出了相应的解决措施 ,仿真分析结果证明了栅极电阻补偿方法的有效性。     

Double-stage gate drive circuit for parallel connected IGBT modules

Solid state modulators are increasingly being used in pulsed power applications. In these applications IGBT modules must often be connected in parallel due to their limited power capacity. In a previous paper, we introduced a control method for balancing the currents in the IGBTs. In this paper, we investigate techniques to minimize the modules' rise and fall times, which can positively impact the modulator's output pulse parameters, which in turn must meet the application's specifications. Further, a reduction in rise and fall times lowers switching losses and thus increases the modulator's efficiency. To reduce the voltage rise time of the pulse without increasing the maximal over-voltage of the parallel IGBTs we have investigated a double-stage gate driver with protection circuits to avoid over-voltages and over-currents. Additionally voltage edge detection has been implemented to improve current balancing. Our measurement results reveal the dependency of the rise-time and turnoff losses on the design parameters of the gate drive. We show that our design achieves a 62% reduction in the turn-off rise time, and a 32% reduction in the turn-off losses.     

基于IGBT串联运行的动态均压研究

绝缘栅双极晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)串联运行易于实现IGBT的扩容,但同时也带来了不均压的问题。设计了以L,R为感性负载的实验电路,采用仿真软件PSpiee仿真分析出IGBT串联运行时动态不均压原因是吸收电路参数不一致、门极驱动信号延时不同、门极驱动电路参数不一致引起的。并提出了IGBT串联运行动态均压措施(选同型号IGBT、吸收电路参数与结构一致、门极驱动信号同步、门极电路参数一致)。     

电压源换流器中IGBT串联动态均压新方法

由动态电压不均衡引起的器件击穿致使串联失败是串联的关键问题。传统无源缓冲电路是以牺牲绝缘栅双极晶体管(IGBT)快速性换取电压均衡,IGBT损耗大。建立功率端与驱动端反馈的新型剩余电流动作保护器(RCD)动态均压电路替代传统无源缓冲电路,对电路的均压效果和串联IGBT开关损耗进行仿真分析。试验验证了该动态均压电路在IGBT串联运行时能很好地抑制其驱动信号不同步造成的动态电压不均衡,确保了电压源换流器的安全运行。     

Voltage-balancing method for IGBTs connected in series

This paper presents a new method for balancing voltages of series-connected insulated gate bipolar transistors (IGBTs). This method can be implemented only by adding simple circuits to the gate drive system of the IGBTs, and its effect of balancing the IGBT's collector-emitter voltages during the switching transients is remarkable. This principal strategy and experimental results with series-connected IGBTs are first described. After that, further experimental results are shown from the switching tests of four 2.5-kV flat-packaged IGBTs connected in series. Through the switching tests, superior characteristics of the proposed method have been confirmed.     

A Low‐Loss Medium‐Voltage Inverter Applying Series Connected General Purpose 1.2 kV Insulated Gate Bipolar Transistors with Accurate Voltage Balancing Techniques

This paper presents a medium‐voltage inverter applying series connected general‐purpose 1.2 kV insulated gate bipolar transistors (IGBTs) as a switching device to achieve low switching losses compared to inverters applying high‐voltage IGBTs with over 3 kV rating. Gate signal synchronization, which is essential to keep the balance of collector‐emitter voltages across the IGBTs, is achieved by magnetically coupling all gate lines using a simple two‐windings transformer. In order to obtain better voltage balancing, influence of stray capacitance distribution associated with an insulating substrate in a two‐in‐one IGBT module on the voltage sharing is investigated, and an optimized layout of heat sinks for the IGBT modules is proposed. To validate some performances concerning the device losses and the voltage sharing, a 170 kVA inverter based on three 1.2 kV IGBTs connected in series is built and evaluated. The experimental results are shown. Copyright © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Static and dynamic behavior of paralleled IGBTs

Problems associated with power device characteristics when power devices are connected in parallel, such as thermal stability and balanced switching behavior, can be solved by using insulated gate bipolar transistors (IGBTs). The author deals with parallel IGBT behaviors analyzing both static and dynamic characteristics. The influence of heatsink mounting, layout, and drive circuit are described in order to demonstrate the best way to make IGBTs parallel for optimum performance. In addition, the major advantages of the ISOTOP package are shown     

基于复矢量调节器的低开关频率同步电机控制

为提高中压大功率变频器出力,需要降低器件的开关频率,这会导致脉宽调制(pulse width modulation,PWM)响应滞后,影响定子电流磁化分量和转矩分量间的动态解耦效果。受低开关频率制约,常规的比例积分(proportionalintegral,PI)及前馈补偿PI调节器难以满足系统要求。为改善这一问题,在对电励磁同步电机进行复矢量信号建模的基础上,充分考虑信号采样的延迟和开关器件在低开关频率下的惯性特性,结合经典的控制理论分析方法,设计了一种新颖的基于复矢量的电流调节器。该调节器能在低开关频率下实现对定子电流磁化分量和转矩分量的有效解耦,动稳态性能良好。Matlab仿真及DSP实验验证了该调节器的有效性与可行性。     

基于80C196KC的软开关型脉冲MIG焊机的研究

根据脉冲MIG(Metal Inert Gas)焊工艺特点,设计了基于80C196KC控制的软开关型脉冲MIG焊机。采用单片机80C196KC作为控制系统的核心,主电路采用软开关式全桥逆变结构,功率开关器件为绝缘栅双极晶体管(IGBT),逆变频率为20 kHz。采用PI算法实现恒流外特性,脉冲MIG焊接电源获得了电流频率、电流幅值、峰值基值导通比均可以独立调节的波形。试验表明脉冲MIG焊接电源控制系统运行稳定、可靠。     

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%。