压接型IGBT动态特性测试平台中高储能密度电感的研究

发布时间：2020-11-21 23:04

　　 近年来,随着IGBT技术的快速发展,柔性直流输电技术日趋成熟。压接型IGBT因其功率等级高、散热性能好和开关速度快等特点,在我国柔性直流输电电网建设中发挥着重大作用。压接型IGBT动态特性测试平台是器件建模、结构优化、收集资料等工作的基础,负载电感作为其重要组成部分,已成为制约测试平台结构小型化发展的关键因素。因此,引入更高储能密度的电感以减小负载电感的体积,对实现测试平台小型化设计具有重要意义。本文首先介绍了 IGBT动态特性测试原理及压接型IGBT结构特点,通过对比不同类型的电感在动态特性测试平台应用中的优缺点,选取具有更高储能密度的Brooks电感作为测试平台的负载电感。进而搭建了 IGBT动态特性测试仿真电路,通过仿真提出Brooks电感的电感值、电阻值、集肤效应以及绝缘强度等方面的设计要求。基于上述设计要求,本文提出可以获取最大储能密度的电感设计方法。根据设计得出的电参数和结构参数,搭建了 ANSYS电磁仿真模型,通过仿真计算及动、热稳定性校验,验证了设计方法的可行性。在此基础上,进行了 Brooks电感的实物制作,并进行了阻抗特性测量和绝缘测试,各参数均符合理论设计要求。最后针对Brooks电感在压接型IGBT动态特性平台中的应用,设计了 ABB StakPak IGBT压力夹具,搭建了压接型IGBT动态特性测试平台,并分别完成了高压小电流和大电流测试。结合实验测量数据,计算了 Brooks电感的储能密度,与传统干式空心电感相比较,Brooks电感具有更高的储能密度,为进一步实现测试平台的小型化奠定了基础。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM55
【部分图文】：

２０１３年西北核技术研宄所设计出电感值５３３ｐＨ，通流能力１５ｋＡ的Ｂｒｏｏｋｓ电感??［３（）］，并申请了专利。该电感采用铝制板材料，每层厚５ｍｍ，匝间绝缘采用聚丙烯薄??膜，整个电感器的电阻为１３．８ｍＱ。通过实验发现当通过大电流时，毛刺处发生强??点发射，造成层间击穿。??２０１５年清华大学马山刚等人将Ｂｒｏｏｋｓ电感应用于ＳＴＲＥＴＣＨ?ｍｅａｔ?ｇｒｉｎｄｅｒ电路??［３１］，在给定的充放电电流以及电感条件下，编制程序以得到能量密度最高的Ｂｒｏｏｋｓ??电感的结构参数。同年７月，清华大学将构成ＸＲＡＭ电路的多个电感定制成为相互??层叠的ＡＦＳＳＣ结构１３２］，使电感线圈间具有强耦合作用。与原有结构相比，在相同储??能时体积更小，并计算了储能密度，突出了其优越性。２０１７年清华大学在设计Ｂｒｏｏｋｓ??电感时基于ＡＦＳＳＣ结构，通过分析给定范围内的线圈参数，计算并寻找具有最高储??能密度的电感［３３］。??２０１６年南京理工大学设计并制作了应用于ＳＴＲＥＴＣＨ?ｍｅａｔ?ｇｒｉｎｄｅｒ电路的??Ｂｒｏｏｋｓ电感，在各层间填充聚碳酸酯材料以提高绝缘强度［３４］，并对Ｂｒｏｏｋｓ电感的内??部磁场分布进行了仿真计算。２０１７年在ＳＴＲＥＴＣＨ?ｍｅａｔ?ｇｒｉｎｄｅｒ电路拓扑各参数要求??下，利用ＡＮＳＹＳ软件建立仿真模型进行仿真计算，并对ＡＦＳＳＣ单元的匝间距进行??

图２－１ＩＧＢＴ动态特性测试原理图ａ）及测试序图ｂ）??Ｆｉｇ．２－１?ＩＧＢＴ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｔｅｓｔ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ａ）?ａｎｄ?ｔｅｓｔ?ｓｅｑｕｅｎｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｂ）??图２－１?ａ）所示，双脉冲测试电路釆用二极管箝位的感性负载电路，这是ＩＧＢＴ??最常见的应用电路，也是常用于器件测试的通用测试电路，该测试电路需要的组件??为：直流电源Ｆｏｅ、充电电容Ｃ〇ｃ、直流母线、脉冲信号发生器、栅极驱动、被测??器件、负载电感Ｉｌ〇ａｄ。??图２－１?ｂ）所示为双脉冲的测试序图，图中第一个栅极脉冲用于对负载电感充??电，将电流充到待测电流时，ＩＧＢＴ关断得到关断电流、电压波形；第二个栅极脉??冲信号使ＩＧＢＴ再次开通得到开通电流、电压波形。双脉冲信号发生器要保证ｒ〇－／３??内各时间段自由可调，市场上把这种脉冲信号作为基本函数发生器的非常少，因此??我们通过可编程的ＤＳＰ微处理器来产生双脉冲。双脉冲测试基本过程如下［２４，３＼??心／１：在ｆｔ时刻之前，母线电容被充电到需要的电压值，此时负载电感电流几??为０，待测ＩＧＢＴ处于关断状态。随着ｆｔ时刻ＩＧＢＴ导通信号的到来，母线电容开??始对负载电感充电

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【参考文献】

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本文编号：2893738