非铁磁式电抗器IGBT实现电路仿真分析

引用电力电子线路设计的零值器和泛值器表示绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件,用IGBT器件代替电压反向型电抗器电路和电流反向型电抗器电路中的零值器和泛值器,得到了仅含有电容器和IGBT器件组成的电压反向型和电流反向型电抗器.用Multisim进行仿真分析,从仿真结果可以看出,这两种电抗器的输入电流相位角滞后输入电压90°...     

一种开关频率固定的输出可调型有源钳位正激双向谐振变换器

提出一种开关频率固定的输出可调型有源钳位正激双向谐振变换器。不同于传统有源钳位技术,该变换器中的单个有源钳位电路为两个变压器去磁,以简化电路结构,并提供谐振回路实现能量反向传递。同时,输入串联输出并联结构可分担输入电压,减轻单个器件电压应力。采用交错并联PWM的控制策略,以减小输入电流纹波。该变换器开关频率固定,可避免传统调频方式中存在的磁性元件、同步整流驱动设计困难等问题,且具有一定的输出电压调节能力。此外,利用谐振原理,该变换器可实现开关管的零电压开通以及二极管的零电流开关,提升变换效率。详细分析开关频率固定的输出可调型有源钳位正激双向谐振变换器的工作原理以及稳态特性,最后搭建了一台43~53V输入、24V/1.8A输出的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种改进的全桥移相倍流整流变换器

在传统的移相全桥零电压零电流(ZVZCS)变换电路的基础上,采用变压器和隔直电容串联,滞后桥臂串联饱和电抗器,使得超前桥臂实现零电压开通,滞后桥臂实现零电流关断;副边整流电路采用倍流整流,实现整流二极管零电流自然关断,变换器主要的功率器件都工作在软开关状态,并且有较大的软开关范围,饱和电抗器的单向饱和也降低了其损耗.整个变换电路降低了功率器件的开关损耗,减少了干扰,提高了变换电路的电磁兼容性能力,特别适合大功率场合.简单讨论了软开关范围和参数的关系.在此基础上,制作2kW的软开关全桥变换器,试验结果表明该变换器的良好性能.     

一种新型PWM软开关整流器的仿真

软开关脉宽调制PWM整流器是一种性能优良的转换电路,它克服了一般变换电路中功率开关器件承受较大的电压应力和较高通态损耗的缺点。文中提出了一种使用绝缘栅双极晶体管IGBT的软开关功率变换电路,为主开关提供了零电流开关ZCS的条件,谐振电路开关也能通过零电压开关ZV S或者零电流开关ZCS实现转换;提出的电路具有损耗小,转换效率高(96%),死区时间(4μs)短的优点。因此可以采用频率更高的脉宽调制PWM脉冲,能基本上消除电网侧电流的低次谐波,减少电流波形的畸变率;阐明了电路的工作过程及分析总结了其特性,并使用PSCAD/EM TDC进行了仿真,仿真结论证明了其工作原理。     

三相四线制软开关SiC逆变器软开关工况分析

逆变电源的开关频率上限受到功率器件的动态损耗限制,导致较大的输出滤波元件的体积。零电压开关正弦脉宽调制(ZVS-SPWM)三相四线制逆变器电路只需引入1个辅助开关和2个较小的无源元件,就可以实现电路中所有开关器件的零电压开关。重点分析了SiC MOSFET寄生电容对零电压开关实现的影响,并在此基础上探讨了等效寄生电容值的提取方法,修正了零电压开关条件和功率器件电流、电压应力的计算值。最后在10 kW SiC MOSFET三相四线制零电压开关逆变器实验平台进行了验证。     

一种新型大功率ZVZCS三电平DC-DC变换器

三电平直流变换器因其主开关器件电压应力仅为Vin/2且具有拓扑结构简单和软开关特性好等优点,受到工业界和学术界的广泛关注。基于IGBT的零电压零电流开关ZVZCS(zero-voltage zero-current switching)三电平DC-DC变换器是大功率高压直流变换的主流方案,具有通流能力强、软开关负载范围宽和原边通态损耗低等优点。但目前ZVZCS三电平直流变换器仍存在原边电流复位困难和整流二极管电压应力高等问题,限制了该类变换器在大功率场合的应用。提出一种新型ZVZCS飞跨电容型不对称PWM半桥三电平DC-DC变换器,采用电压可变电流复位电路,在保证主开关器件宽负载范围实现软开关的同时不增加副边整流二极管的电压应力,且复位电路中的MOSETs全负载范围ZVS(zero-voltage switching)关断和ZCS(zero-current switching)开通。此外,该电路在飞跨电容两端串联一个双向开关,防止原边电流复位后反向,该双向开关在全负载范围可实现ZVS关断和ZCS开通,因此增加的损耗可以忽略。讨论了电路的结构、工作原理和特性,设计了一台6.5 kW实验样...     

一种新型IGBT多阶段驱动电路

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在各种中大功率电力电子装置中得到广泛应用,但IGBT在开关瞬态产生的电压电流过冲,不但会增加电路电磁干扰(EMI),甚至会损坏器件。所以在设计IGBT驱动电路时就需要考虑减小IGBT在开关瞬态中的电压电流过冲。提出了一种新型的IGBT驱动电路,可减小IGBT的电压电流过冲,相比于传统的方法,可缩短开关时间,降低开关损耗。     

IGBT小电流开通失效研究及结构改进

对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在小电流开关测试失效进行了分析研究,对IGBT栅极和集电极的电压电流波形监测发现,IGBT在小电流开通时电压电流波形存在严重的振荡问题,电压幅值超过器件最大额定值,导致器件失效。分析了IGBT芯片电容和栅极电阻对小电流开通振荡的影响,通过对IGBT芯片结构进行改进,将小电流振荡抑制在安全值范围内,解决了IGBT小电流开通失效问题,改进后的IGBT器件性能参数和应用测试温升接近国外竞品。     

低应力全桥型串联谐振直流环节变流器

提出了串联谐振直流环节节流器的新拓扑结构,在取消直流大电感并为开关器件提供零电流开关条件的同时,有效地降低了开关器件的电压电流应力,可采用与同等容量下非谐振型交流器相同等级的开关器件。介绍了电路工作原理,分析了器件的电压电流应力,并给出了仿真及实验波形。     

高频正弦波电流下IGBT能带结构和开关特性分析

基于能带理论--载流子浓度分布与电极距离函数的宏观体现,该文提出了一种IGBT在高频正弦波电流及零电流开关条件下开关动态特性的分析方法。首先介绍了功率器件在实际电路中的工作条件,其次提出了IGBT的能带结构图,并通过对独立元件、稳态及暂态时的能带图的分析比较,得出开关动态特性,并给出开关时刻的电压电流初值及能带图;实验结果也验证了IGBT在高频正弦波电流下零电流开关的开关特性;根据这个特性,文章采用随谐振电流大小微调开关频率的方法,来实现功率管电压过冲的完全抑制。     

Simulation of Controlled Sources Using Operational Amplifiers

By using feedback around an infinite-gain controlled source four finite-gain controlled sources may be simulated. Cascading two of these yields other types of controlled sources. New configurations are obtained by compensating imperfect controlled sources and also by using a negative resistance in the feedback loop. By making use of the singular elements (nullator and norator), some alternative configurations are derived, raising interesting possibilities for network synthesis techniques which employ controlled sources. Finally, replacing infinite-gain controlled sources by operational amplifiers yields practical circuits.     

Pathological representation of the two‐output CCII and ICCII family and application

The pathological mirror and nullor representation of the two‐output current conveyor family is given. New pathological mirror and nullor representations of the two‐output current conveyor family are given and compared with the corresponding nullator norator resistors' realizations. Simplified representations of the two‐output current conveyors based on using two single‐output current conveyors are given. Two examples are given, the first example demonstrates the importance of the pathological representation in the generation of a family of 16 oscillators from a two‐output current conveyor‐based current mode oscillator. A second example of a current mode low‐pass filter using two single‐output inverting current conveyors is considered. Its simplified modeling using a single balanced output inverting current conveyor is compared with the original current mode filter and the simulation results are given. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Generation and classification of CCII and ICCII based negative impedance converter circuits using NAM expansion

A new simplified generation method of negative impedance converter circuits (NIC) is introduced. The generation method is based on nodal admittance matrix expansion starting from the input admittance of the NIC circuit terminated by a load rather than treating the NIC as a two‐port network element. The four pathological elements, namely nullator, norator, voltage mirror and current mirror, are used in the generation procedure. Two classes of the NIC pathological circuits are defined; each class includes two types. Eight pathological NIC circuits are generated for each class. Two alternative current conveyor and inverting current conveyor‐based realizations for each pathological circuit based on alternative pairing of the pathological elements are defined resulting in a total of 16 NIC circuit for each class and a total of 32 NIC circuits. A new NIC‐based circuits realizing floating negative impedances are also introduced. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种复合终端逆阻IGBT数值仿真分析

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)本身不具有反向阻断能力,因此在电路中通常与二极管组合使用。为降低使用成本,减小寄生电感,续流二极管与IGBT通过工艺集成在同一芯片上,由此提出了具有反向阻断能力的逆阻型IGBT。针对常规逆阻IGBT终端面积大的问题,提出了一种改进型复合终端结构,采用双掺杂场限环,在P型场限环旁边引入N型轻掺杂区。改进结构减小了耗尽区横向扩展速率,增强器件可靠性,节省终端面积占用并提高了终端效率。     

基于改进支持向量回归的IGBT老化预测

为了准确预测绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的老化状态,提出了一种基于改进鲸鱼优化算法（IWOA）优化支持向量回归（SVR）的IGBT老化预测方法。该方法提取IGBT集电极-发射极电压信号的时频域特征,通过核主成分分析（KPCA）降维将时频域特征融合成一个综合指标来表征IGBT的老化状态;针对鲸鱼优化算法（WOA）不足,在WOA的基础上引入Sobol序列种群初始化、惯性权重和反向学习策略,增强WOA的局部搜索能力和收敛速度;利用IWOA优化SVR的惩罚因子和核参数,并构建一种基于综合指标的IGBT预测模型。利用NASA Ames实验室的IGBT老化数据集对IWOA-SVR方法进行验证,结果表明,所构建IWOA-SVR预测模型可以更准确实现对IGBT的老化预测。     

IGBT模块材料选型的仿真研究

作为电力电子变换器的核心器件,IGBT功率模块的可靠性是目前学术界和工业界关注的重点。本文借助有限元分析软件,根据IGBT模块的实际结构,构建了IGBT模块的电-热-力仿真模型。针对目前IGBT模块键合线失效的难题,研究了不同键合线材料与表面金属化层材料的选型对模块温度云图及应力云图的影响。仿真结果表明键合线材料的选型与模块内部的温度分布具有较强的相关性,金属化层材料的选型与模块内部的应力分布具有较强的相关性。因此,通过合理选择模块表面金属化层与键合线材料类型能极大程度降低模块内部的温度和应力,进而降低键合线失效的风险,提高模块的可靠性。     

基于Park变换和神经网络的逆变器故障检测方法

为实现实时检测逆变器电路中功率元件的故障,提高逆变器电路工作的可靠性,提出了一种基于Park变换故障检测算法和神经网络的逆变电路开路故障检测方法.利用Park变换得到三相电流基波幅值作为特征量用于故障检测,基于BP神经网络并结合简单逻辑判断即可实时检测逆变器电路的故障类型、故障桥臂以及故障元件位置,仿真结果论证了方法的可行性.     

电压源换流器开关器件损耗建模

IGBT在电力电子装置中得到了大量应用,尤其是在高压大功率电压源换流器领域,而电压源换流器损耗分析一直是电力电子领域的一个研究热点。为了能对电压源换流器损耗进行精确分析,提出一种基于波形拟合理论的绝缘栅双极晶体管与二极管的损耗分析模型。建立的损耗模型充分考虑了电压源换流器不同开关里导通电流变化对于二极管反向恢复过程参数及损耗的影响,该模型还考虑了二极管与IGBT器件相互关系,器件电压、电流、结温变化对损耗的影响,特别计入了电流拖尾过程、电路杂散电感参数的影响。搭建了2.5kV输出Boost实验电路对该损耗模型进行验证,实验结果对比证明了该损耗模型的正确性和有效性。提出的损耗模型适用于电压源换流器型直流输电(voltage sourceconverter high voltage direct current,VSC-HVDC)、静止无功补偿器(static synchronous compensator,STATCON)、统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)等高压大功率应用场合的电压源换流器损耗分析。