基于门极均衡核的IGBT串联均压研究与应用

摘要

随着电力电子技术在电力系统中的广泛应用,现代电力电子装置正朝着高电压、高功率、高频率和高电能质量的方向发展。然而,电力电子器件的耐压水平远远不能满足高压电力电子装置的要求。将IGBT器件直接串联组成高压IGBT串联组件是最直接、有效的提高器件耐压等级的方法,这样既能满足装置容量要求,又解决了单个器件容量不足的问题,还降低了装置成本,配合典型的两电平和三电平电路结构,是实现一切高压电力电子装置的简单而有效的途径。
　　 本文从串联IGBT角度出发,分析、比较常用IGBT串联阀组的均压方法。针对IGBT串联应用,从器件特性参数和驱动条件两方面分析了串联分压不均衡因素,为分析讨论和研究均压方法提供理论依据。
　　 研究分析了静态均压方法和无源RCD吸收均压方法。详细讨论了均压方案中参数计算方法,通过实验系统对动静态均压过程进行分析。实验表明,静态均压方法效果较好,无源RCD吸收电路在门极驱动信号基本同步情况下具有良好的均压效果,当门极驱动信号有较大延时时,将会导致IGBT串联阀内器件分压恶化。
　　 研究分析了门极均衡核的均压原理,借助门极驱动等效电路模型,导出了门极均衡核的参数设计方法。讨论了过压保护电路,在实际实验中加入了稳压二极管箝位保护电路,进一步防止器件过压。在IGBT门极与发射极之间引入瞬态电压抑制器,有效防止了IGBT门极过电压。实验表明,该均压方法能较好的解决由门极驱动信号不同步引起的器件过压问题。
　　 将无源RCD吸收电路和门极均衡核方案相结合,组成一种复合均压方案,并建立了仿真与实验系统。实验结果表明,复合均压方案对由IGBT特性参数差异和门极驱动信号不同步而引起的IGBT集射极电压不均问题具有显著的改善效果。

目录

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 高压电能变换应用

1.1.2 高压电力电子装置耐压解决方案

1.2 器件串联技术综述及国内外研究现状

1.2.1 负载侧被动均压

1.2.2 栅极侧主动均压

1.2.3 箝位过压保护

1.3 本文主要研究内容

第二章 IGBT工作特性及驱动、保护

2.1 IGBT基本结构及工作特性

2.1.1 IGBT基本结构

2.1.2 IGBT工作原理

2.1.3 IGBT工作特性

2.2 IGBT门极驱动及保护电路

2.2.1 IGBT驱动电路

2.2.2 IGBT的保护

2.3 本章小结

第三章 IGBT串联不均压因素及RCD无源吸收均压电路

3.1 影响IGBT串联静态不均压因素及静态均压方法

3.1.1 影响IGBT串联静态不均压因素

3.1.2 IGBT串联静态均压参数选择

3.2 影响IGBT串联动态不均压因素及无源RCD吸收电路

3.2.1 影响lGBT串联阀动态不均压因素

3.2.2 RCD无源吸收回路参数选择

3.3 本章小结

第四章 门极均衡核均压方法研究及保护电路设计

4.1 门极均衡核均压方法原理

4.1.1 门极均衡变压器等效模型

4.1.2 门极均衡变压器对IGBT开关状态的影响

4.2 均衡变压器参数设计分析

4.2.1 均衡变压器参数对门极电压电流的影响

4.2.2 均衡变压器参数设计

4.3 IGBT串联阀稳压二极管箝位保护电路设计

4.4 本章小结

第五章 IGBT串联均压实验研究

5.1 整体均压实验系统条件

5.2 门极均衡核方法实验研究

5.2.1 均压参数计算

5.2.2 均压结果及分析

5.3 复合均压方法实验

5.3.1 无源RCD吸收电路实验及结果分析

5.3.2 复合均压方案实验及结果分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况