大功率IGBT并联使用的均流方法研究

摘要

绝缘栅双极晶体管(Insulate Gate Bipolar Transistor,IGBT)等电力电子器件及其应用技术是信息产业和传统产业之间的主要接口，是弱电控制强电的桥梁。伴随国家大力扶持新能源和倡导节能减排等政策实施，国内外电机驱动应用场合对大功率变频器的需求越来越多，而大功率变频器的设计中采用IGBT并联的方案是目前国内所有研发公司的首选。因为IGBT并联使用可以使驱动器的功率密度提高、可以更好地均衡并联个体之间的散热、可以更好的实现产品内部结构的布局设计、同时可以使变频器有非常高的性价比。
　　然而，相互并联的IGBT之间由于存在静态与动态性能的差异，这种差异直接导致了相互并联个体之间的工作电流不均衡，使得变频器的输出电流必须要降额使用，降额系数通常不能被准确定量，而是根据设计和使用最差条件时作出的假设，这种假定明显不符合产品真时的运行情况，通常为了保证产品长期工作的可靠性，工程师一般会较高的估计IGBT的降额系数，这种行为导致的直接影响就是增加了产品的设计成本和客户的使用成本。
　　本文在分析了大功率IGBT特性、工作原理及其应用的背景基础上，主要分析了如何解决IGBT并联使用时静态和动态过程的不均流问题，通过分析IGBT的失效原因，选定市场占有率较大的国外驱动器厂家产品为参考，研究其驱动能力的电路构成，驱动变压器的方案设计，各种逻辑电路的组织构成，优化现有主流驱动器的硬件拓扑结构，给出被动保护的解决方案。通过实验测试建立IGBT瞬态开断模型，找出IGBT门极电压与集-射电压和集-射电流的关系，加入数字控制技术的优化算法控制大功率IGBT并联使用时开通关断特性表现，提出主动防护的方法，通过主动防护和被动保护的结合改善了大功率IGBT并联使用导致的不均流问题。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外技术研究现状

1.3 本课题研究的目的和意义

1.4 论文的主要工作

第2章 IGBT特性的分析与建模

2.1 IGBT的工作原理与主要特性

2.2 IGBT瞬态开断特性的建模

2.3 IGBT的失效分析

2.4影响并联均流的主要因素

2.5本章小结

第3章 IGBT并联均流的被动保护

3.1 IGBT并联的驱动拓扑研究

3.2 IGBT并联的驱动拓扑优化

3.3 本章小结

第4章 IGBT并联均流的主动防护

4.1 IGBT并联运行主动防护的具体方案

4.2 静态特性测试结果

4.3 动态特性测试结果

4.4 短路特性的测试结果

4.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢

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