IGCT器件及其在变流器上的应用

研制出具有低杂散电感的水冷IGCT相构件模块;制作了1台IGCT变流器试验机组,进行了三相逆变试验,试验结果显示,与同类GTO变流器相比,性能有较大的提高。     

大功率变流器模块主电路杂散电感分析

基于IGBT逆变电路建立了主电路中带杂散电感的拓扑图,分析了杂散电感在电路换流过程中产生的影响,经对比计算,验证了大功率变流器模块使用叠层母排的可靠性,并通过有限元仿真分析了影响叠层母排电感值的一些因素,为IGBT大功率变流器模块的电路结构设计及其后期优化设计提供参考。     

新一代牵引级IGBT模块技术研究与应用

牵引级IGBT模块是现代轨道机车车辆牵引变流器中实现电能变换和功率输出的核心功率器件。新一代牵引级IGBT模块采用最新的IGBT4芯片、EC4二极管芯片、VLD和DLC芯片边缘终端技术,优化了芯片面积与栅极电荷的设计,具有较低的导通电压、优良的高低温电气特性和安全工作区性能。新型IHV-B封装优化了内部芯片布局和互连设计,降低IGBT模块的杂散电感;通过增大芯片的有源面积,减少静态损耗并降低了模块的"结-壳"热阻;优化的功率端子结构提高了抗振动性能,并具有良好的温度分布特性。IGBT4模块通过了一系列严格的可靠性测试,具有良好的环境适应性、功率循环能力和高可靠性。应用IGBT4模块可以提升牵引变流器的功率密度和集成度设计,实现小型轻量化和长寿命的牵引系统解决方案。     

排流柜及钢轨电位限制装置对杂散电流及钢轨电位影响的测试分析

针对国内城市轨道交通钢轨电位限制器因长期闭合而注入大量杂散电流、排流柜投入使用缺少依据等问题,在某地铁线路部分区间的夜间非运营时段,利用单列车往返运行,对该区段的杂散电流及钢轨电位进行测试。在试验过程中,设置了排流柜及钢轨OVPD(电位限制装置)均未投入使用、仅排流柜投入使用、排流柜及OVPD均投入使用等3种工况,研究了不同工况对直流牵引供电系统中杂散电流和钢轨电位的影响。测试结果表明:排流柜的投入使用会加剧杂散电流的泄漏,并恶化钢轨电位的分布;排流柜和钢轨电位限制装置同时投入使用,会进一步加剧杂散电流的泄漏,且两者同时投入使用时排流柜排流效果变差。     

三电平NPC拓扑结构中功率IGBT器件的应用和分析

讨论了三电平NPC拓扑结构的基本工作原理和相应的换流路径;考虑到IGBT模块对直流电压稳定性的要求,给出在给定故障率条件下允许长期运行的最大直流母线电压;分析了器件芯片技术及封装的特点,给出了在三电平应用中的IGBT解决方案;以4.5k V IGBT为例,研究了三电平拓扑布局应用中杂散电感及结温差异所引起的开关特性问题,并提出一些在三电平设计中关于IGBT模块均流和布局应用方面的建议。     

3300 V全SiC MOSFET功率器件开关特性研究

为更好地发挥全SiC器件的开关速度快、损耗低等优势,研究了某款3300 V全SiC MOSFET器件的开关特性。首先,通过理论分析阐述了开关变化过程,并给出了可量化的计算方法;其次,从驱动电阻、结温、回路杂散电感等方面探寻了开关特性变化的规律;最后,在样机上进行了验证。结果表明,文章中所述优化开关特性的方法对全SiC逆变器的工程应用有一定的指导意义。     

叠层母排低感设计分析

针对变流模块中常用的叠层母排结构进行比较,通过理论和仿真分析,得到叠层母排的设计依据,提出降低叠层母排杂散电感的几种常用方法,为模块结构设计和叠层母排的生产提供参考。     

基于铜夹互连的双芯片功率器件的热力机械性能研究

传统的功率半导体器件封装结构通常会采用铝（Al）线键合，这就导致了器件电路寄生电感大和可靠性问题，限制了碳化硅（SiC）功率器件的发展。有研究人员提出了一种新型的铜夹互连工艺，可实现双面散热和提高器件的功率密度，但目前的研究主要集中在其热性能和可靠性方面，缺少对结构设计的优化研究。因此，有必要对多芯片铜夹互连的结构优化设计开展进一步研究。文章针对铜夹功率器件重要的结构参数对芯片应力集中的影响进行了仿真研究。结果表明，铜夹厚度对芯片应力集中影响最大，而铜夹跨度影响最小。对比采用焊料层应力最小的结构参数建立铜夹器件模型与对应的引线模块，可发现在功率循环下，铜夹器件的铜夹和焊料层的疲劳寿命相比于引线模块提升了10倍以上，并且卸荷槽对提升铜夹器件疲劳寿命有显著影响。     

地铁杂散电流动态分布模型研究

分析单边供电与双边供电下的杂散电流静态分布模型。根据列车的速度、位置、取流大小等随时间发生变化的情况,以轨道-排流网-埋地金属-大地结构的杂散电流静态模型和牵引计算为基础,设计双边供电方式下基于时间-位置-取流变化的杂散电流动态分布模型,并对模型进行计算求解,实现三维仿真。分析杂散电流和轨电位在不同工况下的动态分布规律,得出特定位置杂散电流和轨电位随时间的动态分布。     

一款高性能的双面冷却电动汽车级IGBT模块

高性能、低成本和高可靠的电动汽车用集成功率模块是行业技术发展的方向。文章以双面冷却封装结构为核心,采用行业先进的封装技术,研制了一款高性能的双面冷却IGBT功率模块。从仿真和试验的数据来看,该IGBT模块具有优异的热性能和电气性能,同时具有明显改善的功率处理能力和足够的功率循环可靠性。     

3D复合相变散热器在轨道交通中的热管理应用研究

针对轨道交通领域日趋恶劣的热管理条件,文章对一种散热效率更高效的3D复合相变散热器进行了研究。应用数值仿真和试验测试的研究方法,将3D复合相变散热器与相同体积的双面热管散热器和水冷散热器进行对比,结果表明:与双面热管散热器相比,3D复合相变散热器在相同风速和功率工况下,热阻降低7.8%～10.5%,压降降低57.5%～63.6%,均温效果提升约52%;对于相同风机的冷却系统,单个IGBT最大许用功率可增大670 W,增幅约26.8%;额定工况的热性能与水冷散热接近。     

城轨回流系统动态排流与钢轨电位控制仿真研究

当前,城轨供电回流过程中杂散电流与钢轨电位问题突出,排流装置与钢轨电位限制装置(OVPD)作为杂散电流与钢轨电位的治理设备被广泛采用,但系统运营过程中动态排流与钢轨电位控制仿真方法及分布规律尚缺乏研究。通过建立回流系统动态排流与钢轨电位控制仿真模型,分析多区间多列车动态运行过程中全线钢轨电位与杂散电流动态分布规律。研究结果表明,单点钢轨电位控制过程中会引起其他位置OVPD连锁动作,还会大大抬高全线杂散电流水平;杂散电流动态排流过程中,全线钢轨电位与杂散电流水平均会出现一定程度的抬升,因此当前钢轨电位控制与杂散电流排流方法应进一步结合系统多点耦合干扰特性进行改善。     

高热流密度SiC功率模块传热优化设计研究

针对新一代高压封装SiC器件功率模块功率密度更大、芯片尺寸更小的问题,文章基于一种新型复合相变散热技术,应用数值仿真和试验测试的研究方法进行传热优化设计研究。将优化设计所得的结果与外形尺寸一致的常规型材翅片散热方案进行性能对比,对比结果表明：在功率3×630 W的工况下,新型复合相变散热器相对型材翅片散热器,在相同风速条件下,温升可减小23.9～32.5 K,降幅为39.7%～61.6%;在相同风冷系统条件下,温升降幅可达到52%,并且对于相同的散热器设计温升,单个IGBT应用功率可增大约860 W,增幅约1倍,对于大功率、高热流密度散热应用发展前景广阔。     

自动排流柜的设计

杂散电流对地铁隧道结构钢筋及地下金属设施产生严重的腐蚀,为此需装设排流网及排流柜。分析了排流法的工作原理,讨论排流的不同工作状态及其对杂散电流腐蚀和轨道交通安全的影响。在阐述自动排流基本原理的基础上,设计了一种能自动实现合理排流的排流柜。该装置可独立使用,也可与杂散电流自动监测系统配套使用,把杂散电流的危害降至最低。     

弓网受流性能测试数据分析系统研究与实现

在分析弓网受流性能测试系统主要参数的基础上,搭建弓网受流性能测试数据分析系统,包括网络数据接收、数据库存储、波形显示处理和数据分析4个模块。通过各模块功能的实现,完成弓网受流性能测试数据的分析、处理,用以改善弓网受流性能,指导接触网状态检修。     

中间直流环节杂散参数对变流器支撑电容电流的影响分析

在牵引变流器的主电路设计过程中,由于采用多重四象限并联供电,使中间直流环节无法完全实现低感连接,导致线路杂散阻抗引入,多重支路电容之间产生谐振,引起电容电流额外增加等情况。为此,文章通过搭建牵引变流器主电路的等效仿真模型,结合中间直流环节增加线路杂散参数的两重并联主电路结构,推导得出了中间直流环节引入线路杂散电感的主电路传递函数。根据传递函数的幅频特性可知,线路杂散电感会使主电路存在除二次谐振点外还会增加1个高次谐振点,并且杂散电感越大,谐振增益越大,造成支撑电容电流增大。     

首都机场线防迷流监测系统探讨

以首都机场线防迷流监测系统为例,介绍杂散电流产生的危害以及杂散电流防护的基本原则。通过介绍首都机场线防迷流监测系统,对杂散电流的防护提出一些具体建议措施。     

城市轨道交通牵引供电回流系统排流柜智能化改造及应用研究

城市轨道交通普遍采用直流牵引供电、走行轨回流的供电方式,回流系统中杂散电流问题不可避免。为防止杂散电流对周边埋地金属结构造成电化学腐蚀,牵引供电回流系统中设有杂散电流监测装置及排流装置。分析了杂散电流监测防护系统现场运行过程中出现的问题,并针对性提出了排流柜升级改造方案。上海轨道交通9号线的现场应用试验验证了排流柜升级改造方案的有效性。     

城市轨道交通车辆段杂散电流分布规律测试分析

城市轨道交通车辆段、停车场是线路绝缘薄弱环节,而场段附近埋地管线、上盖物业开发相对集中,受杂散电流干扰影响大。目前,场段中为减小杂散电流影响,采取了单向导通装置等防护措施,但杂散电流问题依然突出。对宁波轨道交通1号线天童庄车辆段杂散电流分布规律进行了详细测试,包括单向导通装置电流与钢轨电位测试、车辆段周边土壤电位梯度及杂散电流方向测试、车辆段整体绝缘电阻测试、单向导通装置断开前后土壤电位梯度对比测试等,并对测试结果进行分析,发现了正线对车辆段杂散电流干扰的规律,并提出相应的解决措施。     

IGBT模块银烧结工艺引线键合工艺研究

主要研究了应用于IGBT模块封装中的银烧结工艺和铜引线键合工艺,依据系列质量表征和评价方法,分别验证并优化了银烧结和铜引线键合的工艺参数,分析了衬板镀层对烧结层和铜线键合界面强度的影响,最后对试制的模块进行浪涌能力和功率循环寿命测试。结果显示,与普通模块相比,搭载银烧结和铜线键合技术的模块浪涌能力和功率循环寿命均有大幅的提升,并且银烧结和铜线键合界面未见明显的退化。