二极管钳位IGBT串联均压技术研究

发布时间：2017-04-25 23:04

  本文关键词：二极管钳位IGBT串联均压技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着电力电子技术的不断发展,功率绝缘栅双极晶体管(insulate gate bipolar transistor,IGBT)越来越广泛应用于电力电子和电力传动领域。然而,单个IGBT器件的耐压水平和功率容量受到了限制,通过IGBT串联运行可以提高其耐压,是实现高压大功率电力电子变换器的一个重要方法。由于IGBT自身参数及外围电路的参数都具有差异,且其开关动态过程短暂,因此串联的各IGBT集电极和发射极两端电压VCE不均衡是一个必须解决的关键问题。首先,本文分析了IGBT的结构和工作原理,并对IGBT串联时电压不均衡的影响因素等问题进行了研究,分析了IGBT自身参数和驱动信号的不同与IGBT电压不均衡之间关系。其次,利用电容和钳位二极管对IGBT串联均压电路进行推演,提出了一种新型二极管钳位IGBT串联均压电路拓扑,对电路工作原理进行了分析,并设计了回收能量的辅助电路。同时在考虑驱动脉冲延时等情况下,分析了电路均压特性。建立了钳位电路中各参数的选择依据。另外,在前文的基础上设计了IGBT串联均压单相逆变器,对其进行了工作模态分析,并将拓扑拓展,设计了IGBT串联均压三相逆变器,并采用空间矢量脉宽调制方法对其进行控制。最后,根据理论研究和分析结果,搭建了IGBT串联均压三相逆变器实验平台,对所提出的二极管钳位IGBT串联均压电路进行了实验研究,实验结果证明,该电路能很好地抑制各IGBT两端电压VCE的不均衡,同时能有效限制住VCE,防止IGBT过压,证明了这一均压方法的有效性。
【关键词】：IGBT 二极管钳位 IGBT串联 均压 逆变器
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN322.8
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 IGBT串联技术的背景和研究意义10-11
• 1.2 IGBT串联技术的国内外研究现状11-15
• 1.2.1 缓冲电路均压技术12
• 1.2.2 栅极驱动端均压技术12-14
• 1.2.3 电压钳位均压技术14-15
• 1.3 本文的主要研究内容及章节安排15-16
• 第2章 IGBT的开关特性和驱动原理16-28
• 2.1 IGBT的基本结构和工作原理16-22
• 2.1.1 IGBT的基本结构16-17
• 2.1.2 IGBT的静态特性17
• 2.1.3 IGBT的动态特性及栅极驱动17-22
• 2.2 IGBT串联时电压不均衡机制分析22-27
• 2.2.1 IGBT串联的电压不平衡度22-24
• 2.2.2 自身参数不一致对IGBT串联时电压不均衡的影响24-26
• 2.2.3 驱动信号不一致对IGBT串联时电压不均衡的影响26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 IGBT串联电路拓扑分析28-53
• 3.1 二极管钳位IGBT串联电路拓扑28-30
• 3.1.1 并联电容的IGBT串联电路拓扑28
• 3.1.2 并联二极管-电容的IGBT串联电路拓扑28-29
• 3.1.3 并联二极管-可均压电容的IGBT串联电路拓扑29-30
• 3.2 新型二极管钳位IGBT串联均压电路拓扑30-35
• 3.2.1 IGBT串联电路的拓扑结构与工作原理31-33
• 3.2.2 辅助电路的拓扑结构与工作原理33-35
• 3.3 IGBT串联均压单相逆变器35-45
• 3.3.1 无辅助电路且同桥臂驱动信号同步时逆变器工作过程37-40
• 3.3.2 无辅助电路且同桥臂驱动信号不同步时逆变器工作过程40-44
• 3.3.3 无辅助电路的逆变器电路拓扑的特点及存在的问题44-45
• 3.4 IGBT串联均压单相逆变器仿真45-48
• 3.4.1 同桥臂驱动信号同步45-46
• 3.4.2 无辅助电路且同桥臂驱动信号不同步46-47
• 3.4.3 有辅助电路且同桥臂驱动信号不同步47-48
• 3.5 IGBT串联均压三相逆变器48-51
• 3.6 本章小结51-53
• 第4章 IGBT串联均压三相逆变器控制策略53-64
• 4.1 主电路的控制策略53-59
• 4.1.1 电压空间矢量PWM的原理53-57
• 4.1.2 SVPWM技术的DSP实现57-59
• 4.2 辅助电路的控制策略59-62
• 4.3 本章小结62-64
• 第5章 IGBT串联均压三相逆变器的设计与实现64-77
• 5.1 IGBT串联均压三相逆变器主电路的设计65-71
• 5.1.1 钳位电容设计65-66
• 5.1.2 限流电感设计66
• 5.1.3 开关频率设计66
• 5.1.4 辅助电路的设计66-71
• 5.2 IGBT串联均压三相逆变器控制电路设计71-75
• 5.2.1 IGBT的栅极驱动电路设计71-72
• 5.2.2 DSP控制电路的设计72-73
• 5.2.3 光纤接口电路73-74
• 5.2.4 采样电路74-75
• 5.3 本章小结75-77
• 第6章 实验结果分析77-86
• 6.1 驱动信号同步性对均压效果的影响77-79
• 6.1.1 IGBT驱动信号GA4与GA6同步77-78
• 6.1.2 IGBT驱动信号GA4相对于GA6滞后 400ns78-79
• 6.2 钳位电容电压的波形79-80
• 6.3 辅助电路对IGBT两端电压的影响80-82
• 6.3.1 GA4与GA6完全同步80-81
• 6.3.2 GA4相对于GA6滞后 500ns81-82
• 6.4 IGBT串联均压三相逆变器的输出波形82-84
• 6.5 本章小结84-86
• 总结与展望86-89
• 参考文献89-92
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单92-93
• 致谢93

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 窦康乐;严仲明;李海涛;程志;吴锐;王豫;;大功率IGBT模块串联动态均压的研究[J];电测与仪表;2012年04期

2 殷召伟;盛乾;宋刚;;浅谈二极管串联均压问题误区[J];科技创新与应用;2014年06期

3 徐旭哲;严萍;;绝缘栅双极晶体管串联应用中暂态均压特性[J];强激光与粒子束;2014年04期

4 李可生;;IGBT串联均压电路设计及仿真[J];中国新技术新产品;2011年06期

5 颜云岭;邬伟扬;杨耕;;基于峰值控制的IGBT串联均压技术[J];电力电子技术;2013年06期

6 金其龙;孙鹞鸿;严萍;张东东;欧阳文敏;;IGBT串联技术动态均压电路的研究[J];高电压技术;2009年01期

7 王永青;周金香;周颖昌;李敏;;基于PVI的IGBT串联驱动及均压措施研究[J];电力电子技术;2007年09期

8 李杨;李博;罗洋;;基于驱动信号同步的串联IGBT动态均压方法[J];电气自动化;2012年02期

9 张媛;智泽英;谢亚云;卢沁雄;;超级电容的多飞渡电容器均压的建模与仿真[J];工业控制计算机;2014年06期

10 颜文旭;纪志成;谢林柏;;三相四线APF直流侧的T-S模糊均压控制[J];计算机工程与应用;2014年11期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 任新龙;;云驾岭煤矿耦合让均压支护技术的应用[A];第五届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2010年

2 孙明波;董曰喜;黄春龙;;综放采空区动态均压防火技术研究与应用[A];山东煤炭学会2004年度优秀学术论文集[C];2004年

3 梁诚;唐自标;曾博义;张世贤;;均压辅助烧结高钒工具钢添加TiC微粉之研究[A];第五届海峡两岸粉末冶金技术研讨会论文集[C];2004年

4 沈浩天;;均压技术在矿井防火中的应用[A];第四届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 于鹏;超级电容均压与故障检测技术研究[D];中国农业大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘旭东;IGBT直接串联均压技术的研究[D];北方工业大学;2016年

2 李星宇;二极管钳位IGBT串联均压技术研究[D];北京理工大学;2016年

3 罗R

本文编号：327229