IGBT串联均压控制技术研究
发布时间：2021-02-22 01:24
在中高压功率变换领域,IGBT功率开关器件由于其良好的工作特性被广泛应用。但单个IGBT的电压、电流容量有限,往往不能满足HVDC等高压大功率电力电子设备的应用需求。多个IGBT直接串联工作是实现高压大功率变换的有效途径之一,而串联IGBT之间的动态均压是实现其安全可靠工作的关键,有必要深入研究。首先研究了 IGBT简化解析模型及关键参数提取方法,为串联IGBT均压研究建立了基础。提出了一种综合运用等效电路、载流子特性分布分析和实验观测建立FS-IGBT模型的方法,建立了其关断过程的简化解析模型。将IGBT的关断过程分为五个阶段,着重研究并提出了其中两个复杂阶段的等效模型:阶段III--集-射电压快速建立阶段,器件等效模型为门极电压线性下降;阶段IV--漏极电流快速下降阶段,器件等效模型为一个表征了总基极电荷和载流子寿命的电流源和一个表征了位移电流和载流子重新分布电流的可变电容相并联构成的子电路。所建立的模型,关断过程的每一个阶段均由IGBT电压和电流的显式闭合表达式描述,避免了求解半导体物理模型中的复杂微分方程,大大降低了模型的计算负担。在分析IGBT内部物理结构和工作原理的基础上,...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１基于ＩＧＢＴ串联组件的三＿全桥逆变器??
＾?Ｏｉｌ?／?Ｙ??机?Ｑ?二?率Ｉ、＆??〒〒喷?哗ｌＱｌ３??图１．１基于ＩＧＢＴ串联组件的三＿全桥逆变器??虽然将ＩＧＢＴ直接串联的方式很简单，但是如果各串＿联器件之间出现电压不均衡，就会直??接导致器件过压失效，而且引起ＩＧＢＴ不均压的因素有很多。ＩＧＢＴ器件的工作状态可以分为动??态爱断过程和开通过程）和稳态（关断稳态：和开通．稳态）。其中，费关断稳态和开通稳态中＞??ＩＧＢＴ电ｇ基本保持不变，而在开通过程和关断过程中，ＩＧＢＴ两端的电压会快速变化。在不同??工作状态中，影响串联工作ＩＧＢＴ电揮分配的因素有很大区别。串联不均压因素哥以归纳如图??１．２所示？＂２６１，?ＩＧＢＴ串联不均压因素可以分为稳态不均素和动态不均素。稳态裡素主??要指关断稳态时ＩＧＢＴ的漏电流，动态因素包括ＩＧＢＴ器件内部参数和外部电路参数器件内??部参数包括拖尾电流、阀值电压、门极电容和其他器件工艺参数
文献［６６］将三电乎变换器进行了拓扑优化，引入大功率ＩＧＢＴ串联技术，将高频开关的桥臂??夕卜管使用串联ＩＧＢＴ代替，减小了功率器件的开关损耗，进而提高变换器开关频率，减小滤波??器尺寸，这种串联混含三电平拓扑方案如图１．４所示。??ＱａＵｊＳ?ＱｂｌｌｊＳ?ＱｃｌｌＪＫ＾??Ｑ〇１２ｊ＾??１！＂?Ｄａｉ２Ｄｂｉ２ＪＱｂ２ｊ＾ＪＤｃｌ２＾Ｑ〇２ｊ＾???Ｌ±ｒｍ－ｈ＾—??－－?？???Ｖｄ？??Ｉ???—??°ｂ＾?Ｓ?Ｑｂ３ｊ?Ｄ〇２Ｚ?ｉ?Ｑ〇３ｊ＾??ＺＺ?Ｑａ４１ｊＫｊ?Ｑｂ４１ｊ＾Ｊ??Ｑａ４２ｊＫ＾；?Ｑｆａ４５ｊＫ＾?Ｑ＝？ｊＫ＾??图１．４串联混合三电平逆：变器拓扑??模块级联多电平变换器是由多个全桥单元或者半桥单元直接串联而成，每个单元具有分立??的直流电择：。将串联的多个单元的输出电厓直接叠加，可以提高变换器的总体输出电擇崤值。??一般模块级联多电平变换器与裔压交流电网对接时，每个单元的４流侧弁不需要额外的直流滬，??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]绝缘栅双极晶体管串联关键技术[J]. 余琳,黄康,王海军,王剑平,盖玲. 强激光与粒子束. 2013(05)
[2]IGBT串联器件门极RCD有源均压电路[J]. 宁大龙,同向前,李侠,刘宁,冯武彤,李育宁. 电工技术学报. 2013(02)
[3]兆瓦级中压风电变流器的新型串联混合三电平NPC拓扑[J]. 陈根,王勇,蔡旭. 中国电机工程学报. 2013(09)
[4]自适应IGBT串联均压电路设计[J]. 侯凯,卢文兵,姚建国,杨胜春,赵晓冬,董长城. 电力系统自动化. 2012(08)
[5]串联IGBT的一种复合均压方法[J]. 同向前,宁大龙,夏伟,申明. 电工技术学报. 2012(03)
[6]大功率IGBT串联电压不平衡机制研究[J]. 庞辉,温家良,贺之渊,汤广福. 中国电机工程学报. 2011(21)
[7]连接海上风电场的基于直接功率控制的三电平VSC-HVDC[J]. 解大,解蕾,张延迟,艾芊. 电力系统保护与控制. 2010(14)
[8]新型模块化多电平变流器的控制策略研究[J]. 刘钟淇,宋强,刘文华. 电力电子技术. 2009(10)
[9]H桥级联多电平高压变频器的实验研究[J]. 刘昂,欧阳红林,禹卫华,禹集良. 电力电子技术. 2009(09)
[10]IGBT栅极特性与参数提取[J]. 唐勇,胡安,陈明. 电工技术学报. 2009(07)
硕士论文
[1]高压碳化硅功率整流器的优化设计与实验研究[D]. 吴昊.电子科技大学 2012
[2]IGBT串联模块化的研究[D]. 梁昊.浙江大学 2012
[3]IGBT串联均压技术的研究[D]. 刘磊.南京航空航天大学 2009
本文编号：3045222
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１基于ＩＧＢＴ串联组件的三＿全桥逆变器??
＾?Ｏｉｌ?／?Ｙ??机?Ｑ?二?率Ｉ、＆??〒〒喷?哗ｌＱｌ３??图１．１基于ＩＧＢＴ串联组件的三＿全桥逆变器??虽然将ＩＧＢＴ直接串联的方式很简单，但是如果各串＿联器件之间出现电压不均衡，就会直??接导致器件过压失效，而且引起ＩＧＢＴ不均压的因素有很多。ＩＧＢＴ器件的工作状态可以分为动??态爱断过程和开通过程）和稳态（关断稳态：和开通．稳态）。其中，费关断稳态和开通稳态中＞??ＩＧＢＴ电ｇ基本保持不变，而在开通过程和关断过程中，ＩＧＢＴ两端的电压会快速变化。在不同??工作状态中，影响串联工作ＩＧＢＴ电揮分配的因素有很大区别。串联不均压因素哥以归纳如图??１．２所示？＂２６１，?ＩＧＢＴ串联不均压因素可以分为稳态不均素和动态不均素。稳态裡素主??要指关断稳态时ＩＧＢＴ的漏电流，动态因素包括ＩＧＢＴ器件内部参数和外部电路参数器件内??部参数包括拖尾电流、阀值电压、门极电容和其他器件工艺参数
文献［６６］将三电乎变换器进行了拓扑优化，引入大功率ＩＧＢＴ串联技术，将高频开关的桥臂??夕卜管使用串联ＩＧＢＴ代替，减小了功率器件的开关损耗，进而提高变换器开关频率，减小滤波??器尺寸，这种串联混含三电平拓扑方案如图１．４所示。??ＱａＵｊＳ?ＱｂｌｌｊＳ?ＱｃｌｌＪＫ＾??Ｑ〇１２ｊ＾??１！＂?Ｄａｉ２Ｄｂｉ２ＪＱｂ２ｊ＾ＪＤｃｌ２＾Ｑ〇２ｊ＾???Ｌ±ｒｍ－ｈ＾—??－－?？???Ｖｄ？??Ｉ???—??°ｂ＾?Ｓ?Ｑｂ３ｊ?Ｄ〇２Ｚ?ｉ?Ｑ〇３ｊ＾??ＺＺ?Ｑａ４１ｊＫｊ?Ｑｂ４１ｊ＾Ｊ??Ｑａ４２ｊＫ＾；?Ｑｆａ４５ｊＫ＾?Ｑ＝？ｊＫ＾??图１．４串联混合三电平逆：变器拓扑??模块级联多电平变换器是由多个全桥单元或者半桥单元直接串联而成，每个单元具有分立??的直流电择：。将串联的多个单元的输出电厓直接叠加，可以提高变换器的总体输出电擇崤值。??一般模块级联多电平变换器与裔压交流电网对接时，每个单元的４流侧弁不需要额外的直流滬，??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]绝缘栅双极晶体管串联关键技术[J]. 余琳,黄康,王海军,王剑平,盖玲. 强激光与粒子束. 2013(05)
[2]IGBT串联器件门极RCD有源均压电路[J]. 宁大龙,同向前,李侠,刘宁,冯武彤,李育宁. 电工技术学报. 2013(02)
[3]兆瓦级中压风电变流器的新型串联混合三电平NPC拓扑[J]. 陈根,王勇,蔡旭. 中国电机工程学报. 2013(09)
[4]自适应IGBT串联均压电路设计[J]. 侯凯,卢文兵,姚建国,杨胜春,赵晓冬,董长城. 电力系统自动化. 2012(08)
[5]串联IGBT的一种复合均压方法[J]. 同向前,宁大龙,夏伟,申明. 电工技术学报. 2012(03)
[6]大功率IGBT串联电压不平衡机制研究[J]. 庞辉,温家良,贺之渊,汤广福. 中国电机工程学报. 2011(21)
[7]连接海上风电场的基于直接功率控制的三电平VSC-HVDC[J]. 解大,解蕾,张延迟,艾芊. 电力系统保护与控制. 2010(14)
[8]新型模块化多电平变流器的控制策略研究[J]. 刘钟淇,宋强,刘文华. 电力电子技术. 2009(10)
[9]H桥级联多电平高压变频器的实验研究[J]. 刘昂,欧阳红林,禹卫华,禹集良. 电力电子技术. 2009(09)
[10]IGBT栅极特性与参数提取[J]. 唐勇,胡安,陈明. 电工技术学报. 2009(07)
硕士论文
[1]高压碳化硅功率整流器的优化设计与实验研究[D]. 吴昊.电子科技大学 2012
[2]IGBT串联模块化的研究[D]. 梁昊.浙江大学 2012
[3]IGBT串联均压技术的研究[D]. 刘磊.南京航空航天大学 2009
本文编号：3045222
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