基于有源控制的IGBT串联技术的研究及应用

摘要

IGBT具有额定电压高、电流大，开关速度快，易于驱动等优点，是中-高功率变流器应用的最佳选择。随着电力电子技术的发展，变流器的功率等级越来越高，为了降低损耗，高压变流器的研究如火如荼，如高压变频器、高压轻型直流输电系统等。在这些应用中，电压等级达到数十千伏，无法使用单个开关器件实现，因此，研究IGBT串联技术有重大的意义。
　　 IGBT串联应用中，由于串联器件自身参数的离散性和驱动信号的不一致性等因素，导致串联器件开关动作的不一致，从而导致串联器件在开关过程中出现动态、静态电压不均。这种电压分配不均现象可能会导致个别器件因受压过高而被击穿，进而引起整个串联电路的故障。因此，IGBT串联研究的核心是动态均压问题。本文主要针对有源控制均压技术进行讨论，包括有源箝位技术和有源电压控制的驱动技术。其中第二章在分析和验证两种经典的有源箝位均压控制技术后提出了一种改进的方案，并给出详细的原理说明及仿真试验验证。第三章和第四章主要研究了有源电压控制驱动技术，详细介绍了其工作原理，小信号模型及其稳定性分析等，并通过基于PFGA的实时优化控制，针对关断损耗，二极管反向恢复等问题对开关曲线进行优化，并给出了部分仿真和试验结果。
　　 最后，本文将IGBT串联技术应用在轻型直流输电系统的辅助DCDC电源项目中，提出了一种两级电压变换的降压方案，并针对前级Buck降压电路进行设计和试验验证，给出了实验结果，验证IGBT串联技术可以在实际变流器系统中应用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

第一章 绪论

1.1 IGBT串联的研究意义

1.2 IGBT串联需要解决的问题

1.3 IGBT串联均压技术研究现状

1.3.1研究现状概述

1.3.2基于扩大Miller电容的栅极侧均压控制方案

1.3.3基于驱动同步的栅极侧均压控制方案

1.3.4基于有源控制的栅极侧均压控制方案

1.4本文主要研究内容

第二章 “有源箝位”均压技术

2.1 前言

2.2基于稳压二极管、Miller电容的“有源箝位”方案

2.2.1原理分析

2.2.2仿真分析

2.2.3实验分析

2.2.4设计要点与结论

2.3基于电阻、电容、二极管的“有源箝位”方案

2.3.1原理分析

2.3.2仿真分析

2.3.3实验分析

2.3.4设计要点与结论

2.4新型“有源箝位”方案

2.4.1原理分析

2.4.2仿真分析

2.4.3实验分析

2.4.4设计要点与结论

2.5本章小结

第三章多环AVC驱动系统

3.1 传统单环AVC驱动电路

3.1.1单环AVC驱动电路原理分析

3.1.2单环AVC驱动系统Saber仿真分析

3.1.3结论

3.2级联式AVC驱动系统

3.2.1级联式AVC驱动系统电路原理分析

3.2.2级联式AVC驱动系统建模及稳定性分析

3.2.3基于Saber的级联式AVC驱动电路仿真

3.2.4实验分析

3.3本章小结

第四章FPGA控制的级联式AVC驱动参考信号发生及其优化电路

4.1 前言

4.2参考信号发生及优化电路原理与优化方法分析

4.2.1 FPGA系统简介

4.2.2参考信号发生电路

4.2.3二极管反向恢复检测电路

4.2.4级联AVC电压外环误差电压检测电路

4.3仿真试验分析

4.3.1仿真分析

4.3.2实验分析

4.4本章小结

第五章基于IGBT串联的高压DCDC辅助电源设计

5.1 高压DCDC辅助电源技术条件

5.1.1高压DCDC辅助电源输入输出特性

5.1.2高压DCDC辅助电源性能要求

5.2高压DCDC辅助电源方案

5.3基于IGBT串联的Buck变换器电路设计

5.3.1串联Buck主电路和驱动电路

5.3.2串联Buck控制电路

5.4实验分析

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文