基于闭环控制的IGBT并联均流方法研究及实现

发布时间：2017-09-17 17:51

  本文关键词：基于闭环控制的IGBT并联均流方法研究及实现

  更多相关文章： IGBT并联扩容 静态均流 动态均流 栅极控制 串联电感

【摘要】：为了解决在大容量储能系统、新能源、特别是在牵引和电力传输等领域中,单个开关器件额定容量不足的问题,相对于直接选用更大电流容量的器件,使用中小功率等级的开关器件并联无疑比直接选用更大容量的器件性价比更高、而且更加安全可靠。这就是常说的IGBT的并联扩容技术。在对IGBT并联扩容技术的研究中,我们发现开关器件参数差异、驱动电路延时和主功率回路不对称等因素会给系统带来一些应用难题,最主要的就是集电极静态不均流和动态不均流的问题。而由此产生的系统通流能力降低、工作状态不稳定甚至器件损坏等后果,给IGBT模块的并联扩容应用造成了严重的障碍。因此研究IGBT并联模块的静、动态不均流的机理和并联均流控制方法,有助于我们更好地对IGBT进行扩容使用。本文以IGBT并联扩容技术为研究对象,针对静态不均流的现象,提出一种基于闭环调节栅极电压的IGBT静态均流策略;针对动态不均流的现象,提出一种基于串联可调电感的IGBT动态均流策略。本文主要研究内容有:(1)对比分析了NPT型IGBT和PT型IGBT的工作原理和特性,然后对影响并联均流静态特性和动态特性的因素进行了全面的分析和归纳。(2)通过分析IGBT的输出特性和影响其并联均流的因素,在此基础上,提出了闭环控制栅极电压改善静态并联电流的方法,构建了基于BUCK电路的Pspice仿真模型,并进行了相应的可行性论证。(3)在确保IGBT并联静态均流的基础上,着重分析了延时时间等参数对大功率IGBT并联动态电流的影响,指出了通过调节延时时间改善动态均流的不足,提出了在发射级串联可调电感来实现IGBT并联模块动态均流的方法。并通过Pspice仿真模型和实验论证了该方法的正确性。
【关键词】：IGBT并联扩容 静态均流 动态均流 栅极控制 串联电感
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN322.8
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 论文研究背景8-9
• 1.2 IGBT并联均流技术研究现状9-13
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-13
• 1.3 课题的研究目的及意义13
• 1.4 课题的主要研究内容13-14
• 1.5 本章小结14-15
• 2 IGBT并联均流特性研究15-28
• 2.1 引言15
• 2.2 NPT型IGBT和PT型IGBT的工作原理15-17
• 2.3 并联IGBT静态均流特性分析17-20
• 2.3.1 饱和压降的影响17-20
• 2.3.2 工作结温的影响20
• 2.4 并联IGBT动态均流特性分析20-26
• 2.4.1 IGBT转移特性的影响20-21
• 2.4.2 驱动信号延迟的影响21-23
• 2.4.3 驱动回路寄生电感和布局的影响23-25
• 2.4.4 工作结温的影响25-26
• 2.5 并联均流方法分析26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 3 基于栅极电压的IGBT并联静态均流方法设计28-39
• 3.1 引言28
• 3.2 栅极电压改善静态均流的机理28-31
• 3.2.1 输出特性曲线分析28-29
• 3.2.2 导通电阻等效模型29-30
• 3.2.3 栅极电压调节集电极电流的等效模型30-31
• 3.3 驱动参数对开关特性的影响31-34
• 3.3.1 IGBT驱动条件对开关特性的影响32
• 3.3.2 仿真与分析32-34
• 3.4 基于闭环调节IGBT栅极电压静态均流的方法34-38
• 3.4.1 控制方案34-35
• 3.4.2 仿真模型的建立与分析35-37
• 3.4.3 可行性论证37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 基于可调电感的IGBT并联动态均流方法设计39-50
• 4.1 引言39
• 4.2 基于栅极电压导通延时调节动态均流的方法分析39-43
• 4.2.1 动态电流失衡分析39-40
• 4.2.2 导通延迟时间建模40-41
• 4.2.3 仿真论证41-43
• 4.3 基于串联电感的IGBT并联动态均流方法设计43-46
• 4.3.1 外加电感平衡法建模分析43-44
• 4.3.2 电感参数设计44-45
• 4.3.3 系统仿真与分析45-46
• 4.4 基于可调电感的IGBT并联动态均流方法设计46-49
• 4.4.1 串联电感取值对动态均流的影响46-47
• 4.4.2 串联电感切换方案47-49
• 4.5 本章小结49-50
• 5 并联均流控制系统及其实现50-59
• 5.1 引言50
• 5.2 并联均流控制系统设计50-54
• 5.2.1 主电路设计50-52
• 5.2.2 控制电路设计52-54
• 5.3 实验结果分析54-58
• 5.4 本章小结58-59
• 6 总结与展望59-61
• 6.1 全文工作总结59
• 6.2 后续工作展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66
• 附录66
• A. 攻读硕士学位期间参与的项目情况66
• B. 攻读硕士学位期间获奖情况66

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本文编号：870865