有源电压箝位串联HV IGBT的适用性和优化(二)

介绍了5.2 kV高压绝缘栅双极型晶体管(HV IGBTs)的成功串联应用.穿通型HV IGBT串联应用时要完全控制感应过电压,最大的障碍是拖尾电流的关断问题.可以证明,采用先进的电压箝位技术能够限制因关断拖尾电流而引起的第二个电压尖峰.阳极采用载流子寿命局部分布的IGBT很适合这种应用;拖尾电流间隔时间越短,关断损耗越小.文中集中讨论了穿通型HV IGBT器件串联时的最佳通态等离子体分布,HV IGBT的最新发展趋势似乎与讨论结论相一致.未来先进的HV IGBT技术可完全减轻第一代HV IGBT串联时的困难.     

MOSFET和IGBT关断特性及其对并联特性的影响

文章描述了MOSFET和IGBT关断特性的不同,及其对关断瞬间并联均流特性的影响。MOSFET和IGBT共有的MOS门极结构导致其在器件开通过程具备相似的开通特性。然而,MOSFET单极性结构和IGBT双极性结构的不同导致了其在关断过程中具备不同的关断原理(除了拖尾电流之外),这种不同的关断原理尤其表现在门极电压对关断电流的控制程度。MOSFET的关断电流完全直接受控于门极电压,而IGBT的关断电流在某种程度上不完全直接受控于门极电压。不同的关断原理进而导致了关断瞬间不同的并联均流特性,尤其是在电路参数不匹配的情况下的并联关断均流特性。文章通过理论分析和仿真建模对上述问题进行了研究,仿真和试验结果验证了所提的观点。     

用于低压和高压器件的IGBT的额定过载特性

具有薄n基区和低掺杂场截止层新结构的非穿通绝缘栅双极型晶体管NPT IGBT明显降低了总损耗.特别是场截止概念与挖槽晶体管单元的结合能产生通态电压最小、开关损耗最低、载流子浓度近乎理想的器件.这种概念在600V～6.5 kV以上的IGBT和二极管中得到了发展.当折衷性能和总耐量与电压和电流额定值无关时,低压器件的开关特性与高压晶体管(VBr＞2 kV)的处理方法不同.采用HE-EMCON二极管和高达1 700 V的新型场截止NPT IGBT,几乎不受开关性能的限制,不过,需考虑的是外部栅极电阻必须取确定值.相比低压晶体管,高压器件的电流密度较低,因而高压二极管和IGBT中的"动态"电场强度更临界.     

具有先进保护功能的新型IGBT门极驱动器集成电路

论述了IGBT门极驱动器设计新方案,它具有先进的保护功能,如元件采用双电平开通以减小峰值电流,采用双电平关断以限制过电压,以及防止出现桥臂贯通的有源密勒箝位.此外还介绍一种包括双电平关断驱动器和有源密勒箝位功能的新电路,并对所述功能的试验及结果进行阐述,重点介绍双电平关断驱动器的中间电平对IGBT过电压的影响.     

高压IGBT芯片开关过程栅分布效应仿真研究

高压IGBT在导通或关断时是先从栅焊盘处获得驱动信号,然后再依靠多晶硅层通向芯片的各个区域。由于多晶硅层形成的栅分布电阻效应使得芯片内元胞对栅驱动信号的反应时间不同,芯片内各个元胞不能同时开启或关断,因此IGBT芯片在开关过程中容易产生电流集中现象,尤其当芯片面积较大时,电流集中的现象尤为明显,由此引起芯片动态过程分布效应问题。文章围绕IGBT的电学和温度特性研究高压IGBT芯片动态过程分布,对IGBT芯片进行器件结构建模,搭建Spice电路构建带有栅极电阻和栅极分布电阻的IGBT模型,仿真分析IGBT芯片动态过程中电压、电流和功率的变化情况。采用ANSYS仿真软件构建IGBT热仿真模型,仿真分析动态过程分布中电流集中效应给器件表面温度分布带来的影响,为提高器件的电流和温度分布均匀性提供了重要的参考依据。     

问与答

答：（1）IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是功率MOSFET 技术的派生器件。它结合了双极结型晶体管（BJT）的低导通损耗和功率MOSFET的高开关速度的特点,是一种电压控制型器件。与晶闸管相比，IGBT速度更快，dv/dt抗干扰和栅极关断能力更好。当某些晶闸管例如GTO由门极关断时，要求有反向门极电流，而IGBT关断时，唯一要求的是栅极电容放电。象MOSFET一样，IGBT是跨导器件，只要保持栅极电压在阈值电压电位以上，便能维持IGBT的充分导通状态。在故障情况下，IGBT表现了可靠耐用的特性。当器件处于端子短路或接地状态时，短路…     

基于电压负反馈的IGBT双路驱动电源设计

设计了一种基于电压闭环的双路IGBT驱动电源,该驱动电源能够输出+15 V和-10 V两路电压,用于驱动IGBT的开通和关断。当输入电压低于-21 V时,通过反馈电路可将关断输出电压稳定在-6 V,保证IGBT可靠关断。最后,通过在Pspice软件中的仿真,验证了该电路的可行性和正确性。     

光伏并网逆变器IGBT关断浪涌电压抑制与预测保护研究

分析了光伏并网逆变器IGBT关断浪涌电压的产生机理,并对低寄生电感的复合母排设计方法进行了说明,最后给出了IGBT关断浪涌电压吸收电路与浪涌过压预测保护电路的设计方法。实际应用表明,该方法对于降低IGBT的过电压损坏风险起到较好的作用。     

IGBT变频器的关断浪涌电压仿真分析及其抑制方法

对IGBT变频器关断浪涌电压产生机理进行分析,介绍采用吸收电路及减小主电路分布电感这两种抑制浪涌电压的方法,并通过实测与仿真进行验证。     

计及电热参数更新的高速列车牵引整流器IGBT模块寿命评估

绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为列车变流器的关键部件,其寿命受老化过程中参数变化的影响,为此提出了一种计及电热参数更新的IGBT模块寿命预测方法。首先,利用实车采集到的外部电压、电流数据结合变流器调制策略推导IGBT的驱动信号,进而获得单个IGBT的电压电流;其次,基于数据手册建立Foster热网络模型获取IGBT的结温;之后考虑到实际中IGBT的老化过程,提出一种IGBT结温计算过程中热阻和导通压降的更新策略;最后通过寿命模型对IGBT进行损伤度估算,并通过蒙特卡洛（Monte-Carlo）模拟评估器件寿命计算过程中的不确定性,取得可靠性变化曲线。     

基于IGBT并联技术的250kW光伏并网逆变器

在大功率光伏并网逆变器的设计中,由于系统具有电压低和电流大的特点,IGBT并联技术受到了广泛重视。文章在深入分析IGBT并联技术的基础上,提出了250kW光伏并网逆变器的系统设计方案,并详细介绍了其主电路参数设计和系统控制方法。实验结果表明,该逆变器设计合理、运行可靠,具有广阔的应用前景。     

零阻变换器系统中晶闸管开关单元的关断策略

零阻变换器系统(zero-resistance converter system,ZRCS)是一种治理城市轨道交通杂散电流的电力电子方案,开关单元作为其关键部件之一,用于将高达数千安的牵引电流由走行轨转移至回流线缆.鉴于绝缘栅双极型晶体管IGBT开关单元面临的损耗与可靠性挑战,在ZRCS中采用了晶闸管开关单元(sili...     

适用于电机变速驱动的VSRT电路拓扑分析

电网电压跌落对电机变速驱动设备的影响很大,会使调速装置退出运行,造成生产的中断和经济损失.传统上在输入侧加装动态电压恢复器(DVR)或UPS等设备,但成本很高,因此,对变速驱动器拓扑进行调整,使其具有低电压穿越能力,成为应对电网故障较好的选择.在对国内外变速驱动系统VSRT电路研究总结的基础上,对已有的VSRT电路拓扑进行了分析,说明了各种方法的工作原理,并比较了各自的优缺点.分析表明,蓄电池和超级电容是能量存储的优选设备,使用Boost变换器的拓扑,实现简单,可以较好地提高系统性能和增强VSRT功能.     

一种基于谐振缓冲器原理的三相逆变器的研究

在分析目前软开关电路以及谐振缓冲器的发展现状基础上，给出了一种带有谐振缓冲器的逆变器实现方案。该逆变器具有单相换相、逆变器主开关管工作在ＺＶＳ零电压开关以及辅开关管工作在ＺＣＳ零电流开关环境下的特点。定量分析了该谐振缓冲器的工作原理以及控制策略。仿真及实验结果证明了该电路拓扑及控制方案的可行性。文章还给出了主开关管工作在开关频率为５０ ｋＨｚ时的各种波形及实验数据     

内燃机车直流测速发电机试验台的研制和应用

针对内燃机车运行时直流测速发电机故障频发的问题,根据作用原理分析故障原因,研制测速发电机试验台。通过调节电动机电压直控制测速发电机的转速;通过在电路中串联可调电阻控制输入、输出电压和电流;根据接人电压表、电流表的显示数值测算机车实际功率。试验台投人使用后,可完全取代机车更换测速发电机后的水阻检查和调整机车功率的作业环节,达到提高测速发电机检修质量、节省开支的目的。     

多制式高频辅助变流器模块设计

提出了一种应用于400 km/h高速永磁动车组辅助变流器系统的高频辅变模块,模块内部集成TLbuck变换、LLC谐振变换及三相逆变功能,涉及多种不同电压等级的IGBT器件,解决了低压器件在高压工况下应用的耐压问题,适用于交流与直流两种制式供电。文章主要阐述了绝缘设计、总体结构设计、散热设计、驱动控制方案,并通过仿真和试验进行了验证。     

城市轨道交通主用与备用车载控制器冗余切换方案研究

主用与备用车载控制器(VOBC)的冗余是保证城市轨道交通信号系统可用性的重要技术措施,而实现冗余的方案各不相同。分析了一种主用与备用VOBC冗余方案的切换过程、实现原理、实现电路、安全分析以及应用案例。该解决方案从市场需求出发,实现了VOBC所有设备包括外部设备等的完全冗余,解决了无扰切换等技术难题。     

地铁列车牵引逆变器中IGBT动态不均衡故障分析

以上海地铁列车牵引逆变器维修现状为例,从分析关键大功率器件IGBT的工作特性出发,通过设计支路动态电流试验,分析器件内部的电流均衡性与其功能失效的关系,为逆变器检修提出了新的思路.