IGCT静动态特性测试电路设计
发布时间：2021-06-23 22:14
集成门极换流晶闸管（IGCT）是由门极换流晶闸管与门极驱动单元组成的一种大功率电力半导体器件,具有电流处理能力高和损耗低的特点,目前已开始广泛应用,因此研发IGCT的测试设备对器件应用和特性参数表征很有必要。本文以4.5kV/2kA IGCT为研究对象,对其静动态特性测试电路进行了设计。主要工作内容如下:首先,介绍了现有功率半导体器件的测试方法,根据IGCT的特性参数,确定了测试电路的技术指标。并结合ABB公司以及国内现有的IGCT相关测试设备,分析了测试电路主体结构,确定了 IGCT测试台共包括高压电源与测试电路两大部分。其次,分析高压电源模块中的关键问题。以倍压整流电路与单相桥式整流电路为对象,通过建立数学与电路仿真模型,分析了倍压整流电路中存在的冲击电流问题,并对几种抑制策略进行了仿真验证;针对单相桥式整流电路中的功率因数以及谐波问题进行了分析,提出了一种基于粒子群算法的特定谐波消除脉宽调制策略。最后根据两者的优缺点,确定了 IGCT测试用高压电源主结构。再次,根据IGCT测试原理设计了其静、动态特性测试电路主结构,计算了电路中相应的器件参数,搭建了一台输出电压为0～8kV连续可...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ABB公司环绕型
?傻男问皆谏鲜兰途攀?甏?庇扇鹗緼BB公司提出，率先实现了集成化的设计[7]。根据驱动器及GCT封装结构的不同，可分为图1-1所示的环绕型和通用型两种。同时，ABB公司在非对称型和逆导型GCT系列产品的研发上也取得了一定的突破，其中非对称型GCT电流极限参数可达4kA，逆导型的电流等级可达2.2kA，相关产品已在实际中得到了应用，并具有良好的可靠性[8,9]。而IGCT的测试设备也是由ABB公司率先研发出来，但由于最初的产品较少，因此其测试设备也是定向开发的，适用性并不强。（a）ABB公司环绕型IGCT（b）ABB公司通用型IGCT图1-1ABB公司环绕型和通用型IGCT示意图Fig.1-1ABB"ssurroundandgeneralpurposeIGCTschematic在二十世纪九十年代末期，日本三菱公司从ABB引入了IGCT的相关专利，并且依靠自身掌握GTO的相关技术，研发出了非对称型IGCT。在2004年，韩国KERI公司开发出了4.5kV/4kA和5.5kV/1.5kA的非对称型IGCT[10]。目前，大部分与IGCT相关的技术资料基本都来自于ABB与日本三菱这两家公司，尤其在IGCT的测试技术与测试设备开发方面，由于没有严格的通用标准，ABB只是针对自己开发的IGCT产品进行了定向测试设备的研发，当IGCT特性参数不断超出一定范围时，设备的通用性将会降低。图1-2所示为ABB等其他公司目前主要采用的测试电路拓扑，其中，为电容器两端提供的直流高压测试信号，为开通缓冲吸收电感，用来限制开通过程中的电流上升率，、与二极管共同组成了关断钳位电路，为电路中存在的杂散电感[11]。其测试原理是基于大电容放电来为被测器件提供高压环境的方法进行实现的，该测试电路结构简单且可靠性高，因此受到了广泛的应用。
1绪论3图1-2ABB公司IGCT测试电路原理图Fig.1-2IGCTtestcircuitbyABBcompany以测试电路为基础，目前主要有两种主流的测试方法，分别是单脉冲测试法和连续脉冲测试法[12]。顾名思义，单脉冲与连续脉冲的区别仅仅在于所加门极驱动脉冲的个数不同而已，其中连续脉冲测试的典型应用为双脉冲测试，图1-3中a、b分别为单脉冲与连续脉冲信号示意图。（a）单脉冲测试触发信号（b）连续脉冲触发信号图1-3单脉冲与连续脉冲测试触发信号Fig.1-3Singleandcontinuoustestingtriggersignals图1-4所示为ABB开发的适用于IGCT、GTO以及二极管参数测试的设备与测试现场，该测试系统最高输出电压可达14kV，最大输出电流10kA。测试时，测试夹具能够提供最大240kN的压力，并实现200℃范围内的准确加热，并能冷却到-40℃，具有良好的温度控制功能。除此之外，该系统还包含了电容充电单元、可编程门极驱动单元以及数据采集与处理单元等。（a）IGCT、GTO与二极管测试设备（b）芯片测试现场图1-4ABB公司IGCT、GTO与二极管测试系统Fig.1-4ABB"stestequipmentsystemofIGCT,GTOanddiode
本文编号：3245753
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ABB公司环绕型
?傻男问皆谏鲜兰途攀?甏?庇扇鹗緼BB公司提出，率先实现了集成化的设计[7]。根据驱动器及GCT封装结构的不同，可分为图1-1所示的环绕型和通用型两种。同时，ABB公司在非对称型和逆导型GCT系列产品的研发上也取得了一定的突破，其中非对称型GCT电流极限参数可达4kA，逆导型的电流等级可达2.2kA，相关产品已在实际中得到了应用，并具有良好的可靠性[8,9]。而IGCT的测试设备也是由ABB公司率先研发出来，但由于最初的产品较少，因此其测试设备也是定向开发的，适用性并不强。（a）ABB公司环绕型IGCT（b）ABB公司通用型IGCT图1-1ABB公司环绕型和通用型IGCT示意图Fig.1-1ABB"ssurroundandgeneralpurposeIGCTschematic在二十世纪九十年代末期，日本三菱公司从ABB引入了IGCT的相关专利，并且依靠自身掌握GTO的相关技术，研发出了非对称型IGCT。在2004年，韩国KERI公司开发出了4.5kV/4kA和5.5kV/1.5kA的非对称型IGCT[10]。目前，大部分与IGCT相关的技术资料基本都来自于ABB与日本三菱这两家公司，尤其在IGCT的测试技术与测试设备开发方面，由于没有严格的通用标准，ABB只是针对自己开发的IGCT产品进行了定向测试设备的研发，当IGCT特性参数不断超出一定范围时，设备的通用性将会降低。图1-2所示为ABB等其他公司目前主要采用的测试电路拓扑，其中，为电容器两端提供的直流高压测试信号，为开通缓冲吸收电感，用来限制开通过程中的电流上升率，、与二极管共同组成了关断钳位电路，为电路中存在的杂散电感[11]。其测试原理是基于大电容放电来为被测器件提供高压环境的方法进行实现的，该测试电路结构简单且可靠性高，因此受到了广泛的应用。
1绪论3图1-2ABB公司IGCT测试电路原理图Fig.1-2IGCTtestcircuitbyABBcompany以测试电路为基础，目前主要有两种主流的测试方法，分别是单脉冲测试法和连续脉冲测试法[12]。顾名思义，单脉冲与连续脉冲的区别仅仅在于所加门极驱动脉冲的个数不同而已，其中连续脉冲测试的典型应用为双脉冲测试，图1-3中a、b分别为单脉冲与连续脉冲信号示意图。（a）单脉冲测试触发信号（b）连续脉冲触发信号图1-3单脉冲与连续脉冲测试触发信号Fig.1-3Singleandcontinuoustestingtriggersignals图1-4所示为ABB开发的适用于IGCT、GTO以及二极管参数测试的设备与测试现场，该测试系统最高输出电压可达14kV，最大输出电流10kA。测试时，测试夹具能够提供最大240kN的压力，并实现200℃范围内的准确加热，并能冷却到-40℃，具有良好的温度控制功能。除此之外，该系统还包含了电容充电单元、可编程门极驱动单元以及数据采集与处理单元等。（a）IGCT、GTO与二极管测试设备（b）芯片测试现场图1-4ABB公司IGCT、GTO与二极管测试系统Fig.1-4ABB"stestequipmentsystemofIGCT,GTOanddiode
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