一种新型实用的IGBT驱动电路

在分析了IGBT驱动条件的基础上介绍了几种常见的IGBT驱动电路,并给出了各自的优缺点。给出了自行设计的一种简单、实用的新型IGBT驱动电路。经实践表明,该电路经济、实用、安全、可靠,同时具有IGBT过电流保护功能,具有很好的应用前景。     

压接型高压IGBT门极驱动信号演化规律及失效形式研究

压接型高压IGBT是柔性直流输电用模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）中的核心器件,其在长期运行中逐渐发生热老化并最终失效,影响着MMC的运行性能。利用压接型高压IGBT的门极驱动信号演化规律监测器件状态对于是实现MMC子模块状态监测的重要手段。文中首先搭建了压接型IGBT功率循环试验平台,并在功率循环试验过程中定期测试器件门极驱动信号波形。结果表明随着老化循环次数的增加,压接型IGBT门极驱动电压上升沿米勒平台时间长度增大,门极驱动电流下降沿凹槽位置滞后。其次,对热老化失效以后的压接型IGBT芯片表面进行观测,发现芯片发射极门极氧化层附件出现裂纹,这一热老化失效形式是门极驱动信号变化的主要原因。最后,根据压接型IGBT内部多物理场耦合关系建立了有限元仿真模型,计算结果表明热应力在附加金属层与下钼层接触界面的边缘区域数值较大,在长期交变的应力疲劳后造成门极氧化层裂纹萌发,逐渐导致门极失效。文中研究结果说明了利用压接型高压IGBT门极驱动信号演化规律在线监测其门极老化状态具有一定意义。     

直流输电系统逆阻型IGCT换流阀研究

换相失败是基于晶闸管换流阀的高压直流（HVDC）输电系统常见故障,严重威胁电网安全运行。为有效解决换相失败难题,此处从电力电子器件的基本特性出发,提出了基于逆阻型集成门极换流晶闸管（IGCT）换流阀的换相失败抑制方法和直流输电系统拓扑方案。搭建了系统仿真模型,对比研究了在直流系统逆变侧出现换相失败故障后,采用晶闸管换流阀和逆阻型IGCT换流阀对直流系统的影响情况。仿真结果表明,逆阻型IGCT换流阀对换相失败故障的抑制效果良好。根据目前IGCT器件的研制水平,设计了逆阻型IGCT换流阀,并提出了控制逻辑。基于研究成果,进行了逆阻型IGCT换流阀样机研制。为验证样机性能,搭建了合成试验回路系统,开展了逆阻型IGCT换流阀的通流试验和电流关断试验,试验结果证明IGCT换流阀的设计和研制满足要求。研究结果可为以后直流输电工程的系统研究和换流站关键设备设计提供参考。     

带串联补偿故障限流器的仿真和实验

采用短路电流限制器(FCL)快速限制短路电流是提高系统稳定性和断路器开断能力的有效方法之一。文中研究了一种具有串联补偿作用的FCL模型——由补偿电容和旁路电感并联后与限流电感串联而成。正常情况下，由电容和限流电感对线路进行串联补偿；发生故障时，根据短路电流的大小控制门极可关断晶闸管的导通角，改变投入的限流电抗，达到限流目的。用MATLAB对馈线短路的仿真及采用单片机控制方案的单相实验结果表明，该限流器限流效果良好。     

一种新颖的注入效率可控的门极可关断晶闸管的特性分析与优化

在阳极短路型门极可关断晶闸管(SA-GTO)的基础上,提出了一种新颖的注入效率可控的门极可关断晶闸管(IEC-GTO),其注入效率可通过一层位于阳极短路接触区的薄氧化层来控制.模拟了IEC-GTO的正向阻断、导通和开关特性,并与短路阳极和普通阳极GTO的特性进行比较分析.结果表明,IEC-GTO在关断特性和通态特性间获得较好的折中.最后,通过对薄阳极氧化层宽度和阳极掺杂浓度的优化,分析了工艺的可行性,给出了工艺方案,说明引入氧化层并不会增加IEC-GTO的工艺难度.     

集成门极换向晶闸管在大容量变流装置中的应用研究

电力电子功率器件的的单管容量是大容量变流器装置研究和应用的瓶颈,集成门极换向晶闸管IGCT的出现,促使电气传动控制装置及控制系统不断向控制的高速化、小型化及高效率化等方面发展.介绍了作者研究IGGT串联应用的成果,以及在三电平高压变频器和静止同步补偿器上应用大容量集成门极换向晶闸管的经验,指出了在大容量变流装置中使用集成门极换向晶闸管时要注意的几个关键问题.     

IGCT驱动及吸收电路的分析研究

矿井提升机斩波串级调速方案与常规串级调速系统不同之处在于转子直流回路中加入了直流斩波器。针对矿井提升机的工艺特点,斩波开关器件选用IGCT器件。在目前的中电压大功率应用领域,占主导地位的功率半导体器件有晶闸管、GTO和IGBT等,这些传统的功率器件在实用方面都存在一些缺陷。ABB半导体公司率先提出了一种新型功率半导体器件-IGCT。它的关键思想是将改进结构的GTO与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起,再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接。在性能上明显优于目前广泛使用的GTO和IGBT器件。     

ABB变频器门极驱动板分离式技术改造及其应用

针对ABB变频器在风电应用领域故障率较高的问题,提出了一种ABB变频器门极驱动板分离式技术改造方案,即将门极驱动板与IGBT主体进行分离,两者之间增加1块隔离保护电路,对门极驱动板电路进行优化,并将其安装于冷却风扇的出口位置,同时将冷却风扇控制系统更改为工频380 V供电,以增加系统通风量。技改后应用效果表明,通过分离门极驱动板能够有效降低变流器故障率,提高风电机组运行可靠性。     

大功率IEGT变频器及其桥臂改造

湖南华菱涟源钢铁有限公司薄板坯连铸连轧（CSP）生产线的主轧机传动电控系统采用日本Temic公司生产的大功率IEGT变频器。大功率IEGT是一项传动领域的新技术，其变频器采用的IEGT元件，是一种大功率低电压触发和高速可控通断的新型电压型元件，IEGT变频器为交一直一交变频器，采用三电平PWM控制方式。在使用中对IEGT变频器桥臂进行了升级改造，增加了保护电阻，并将AC母排更换成机械强度更大的铜母排，改造后的系统提高了IEGT桥臂抵抗冲击、振动的能力和抗击过电压的能力，消除了隐患。     

浅析IGBT的门极驱动

鉴于绝缘栅双极晶体管（IGBT）在逆变电焊机中的应用日益普及，针对IGBT门极驱动的特点，分析了它对于驱动波形、功率、布线、隔离等方面的要求，并介绍了一些典型电路。