基于集成分流器的大功率IPM关键技术研究

发布时间：2021-12-16 19:36

　　功率半导体器件是电力设备和系统工作的基础,其安全性、稳定性和可靠性对电力装置和系统的稳定性影响很大。硅基IGBTIPM作为功率模块的代表,以高集成度和高功率密度被市场认可,并得到广泛应用。在IPM关键技术中,除了芯片技术和封装制造技术,驱动技术和短路保护技术都直接影响着IPM的稳定性和可靠性,因此对大功率IPM的驱动保护技术研究具有重要意义。本文对IPM模块结构及驱动保护技术进行研究,主要工作和创新性成果如下:1.为了解决大功率IPM采用的VCE退饱和短路检测方法存在检测消隐时间问题,本文提出了一种在IPM内部Direct Bonded Copper(DBC)上集成分流器的方案,从而实现无消隐时间的快速短路检测。分流器集成在IGBT芯片的发射极E端,通过测量分流器两端的电压,就可以精准测量IC。然而分流器集成到IPM模块内部,会带来寄生参数和产生热量。为了研究分流器的功率损耗情况和对模块工作温度的影响,首先对集成分流器的IPM功率单元的功耗进行了分析,给出了对应的功耗计算方法;然后根据热力学理论,建立了 Cauer热网络模型,给出了功率单元热阻计算方法;最后使用有限元法对模块功率单元进...

【文章来源】： 西安理工大学陕西省

【文章页数】：111 页

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 国内外发展现状
        1.2.1 IPM发展现状
        1.2.2 IPM驱动技术发展现状
        1.2.3 IPM保护技术发展现状
    1.3 课题主要研究内容及论文结构
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 结构安排
2 IPM工作原理及相关技术
    2.1 IPM工作原理
        2.1.1 IPM结构
        2.1.2 IGBT工作原理
        2.1.3 续流二极管
        2.1.4 安全工作区
        2.1.5 感性负载关断分析
    2.2 短路故障及保护技术
        2.2.1 应用中短路情况分类
        2.2.2 影响短路特性的因素
        2.2.3 短路检测保护技术
    2.3 大功率IPM模块的驱动技术
        2.3.1 可变栅极电阻驱动电路
        2.3.2 可变栅极电流驱动电路
        2.3.3 可变栅极电压驱动电路
    2.4 本章小结
3 集成分流器的方案研究
    3.1 集成分流器IPM功率单元拓扑方案
    3.2 IPM模块工作损耗计算
        3.2.1 通态损耗
        3.2.2 开关损耗
        3.2.3 IPM模块总损耗
    3.3 IPM模块热网络模型
        3.3.1 热传导
        3.3.2 Cauer连续热网络模型
    3.4 功率单元布局研究
    3.5 本章小节
4 基于MEA-BP神经网络的驱动策略预测方法研究
    4.1 三阶段可变栅极电阻方法
        4.1.1 IGBT开关特性分析
        4.1.2 可变栅极电阻方法
    4.2 折衷问题和驱动效果评价
        4.2.1 折衷问题
        4.2.3 驱动效果评价方法
    4.3 驱动策略预测方法
        4.3.1 样本数据采集
        4.3.2 数据预处理和归一化
        4.3.3 神经网络创建和训练
        4.3.4 缩小求解域
        4.3.5 寻找最优驱动策略
    4.4 实验验证
        4.4.1 开通策略验证
        4.4.2 关断策略验证
    4.5 分析和讨论
        4.5.1 预测准确性分析
        4.5.2 EMI分析
        4.5.3 驱动策略分析
    4.6 本章小结
5 短路检测与保护
    5.1 短路分析
    5.2 功率单元参数标定
        5.2.1 分流器阻值标定
        5.2.2 分流器温漂测试
        5.2.3 分流器电压采集补偿和肌肤效应
    5.3 实验验证
        5.3.1 双脉冲测试
        5.3.2 一类短路试验
        5.3.3 二类短路试验
    5.4 分析与讨论
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
        6.1.1 主要完成工作
        6.1.2 主要创新点
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率IGBT模块及驱动电路综述 [J]. 杨媛,文阳,李国玉.  高电压技术. 2018(10)
[2]中低压IGBT短路失效分析研究 [J]. 张海涛,陈智勇.  电力电子技术. 2017(07)
[3]HVDC阀晶闸管结温计算等效电路模型 [J]. 杨俊,汤广福,曹均正,查鲲鹏,魏晓光,高冲.  中国电机工程学报. 2013(15)
[4]绝缘栅双极型晶体管传热模型建模分析 [J]. 陈明,胡安,唐勇,汪波.  高电压技术. 2011(02)

硕士论文
[1]IGBT短路机理与特性的研究[D]. 田仟惠.西安理工大学. 2019
[2]IGBT短路关断能力与关键技术研究[D]. 彭鑫.电子科技大学. 2019



本文编号：3538711