近年來,隨著IGBT技術(shù)的快速發(fā)展,柔性直流輸電技術(shù)日趨成熟。壓接型IGBT因其功率等級高、散熱性能好和開關(guān)速度快等特點,在我國柔性直流輸電電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮著重大作用。壓接型IGBT動態(tài)特性測試平臺是器件建模、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、收集資料等工作的基礎(chǔ),負載電感作為其重要組成部分,已成為制約測試平臺結(jié)構(gòu)小型化發(fā)展的關(guān)鍵因素。因此,引入更高儲能密度的電感以減小負載電感的體積,對實現(xiàn)測試平臺小型化設(shè)計具有重要意義。本文首先介紹了 IGBT動態(tài)特性測試原理及壓接型IGBT結(jié)構(gòu)特點,通過對比不同類型的電感在動態(tài)特性測試平臺應(yīng)用中的優(yōu)缺點,選取具有更高儲能密度的Brooks電感作為測試平臺的負載電感。進而搭建了 IGBT動態(tài)特性測試仿真電路,通過仿真提出Brooks電感的電感值、電阻值、集膚效應(yīng)以及絕緣強度等方面的設(shè)計要求�；谏鲜鲈O(shè)計要求,本文提出可以獲取最大儲能密度的電感設(shè)計方法。根據(jù)設(shè)計得出的電參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù),搭建了 ANSYS電磁仿真模型,通過仿真計算及動、熱穩(wěn)定性校驗,驗證了設(shè)計方法的可行性。在此基礎(chǔ)上,進行了 Brooks電感的實物制作,并進行了阻抗特性測量和絕緣測試,各參數(shù)均符合理論設(shè)計要求。最后針對Brooks電感在壓接型IGBT動態(tài)特性平臺中的應(yīng)用,設(shè)計了 ABB StakPak IGBT壓力夾具,搭建了壓接型IGBT動態(tài)特性測試平臺,并分別完成了高壓小電流和大電流測試。結(jié)合實驗測量數(shù)據(jù),計算了 Brooks電感的儲能密度,與傳統(tǒng)干式空心電感相比較,Brooks電感具有更高的儲能密度,為進一步實現(xiàn)測試平臺的小型化奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM55
【部分圖文】：

２０１３年西北核技術(shù)研宄所設(shè)計出電感值５３３ｐＨ，通流能力１５ｋＡ的Ｂｒｏｏｋｓ電感??［３（）］，并申請了專利。該電感采用鋁制板材料，每層厚５ｍｍ，匝間絕緣采用聚丙烯薄??膜，整個電感器的電阻為１３．８ｍＱ。通過實驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)通過大電流時，毛刺處發(fā)生強??點發(fā)射，造成層間擊穿。??２０１５年清華大學(xué)馬山剛等人將Ｂｒｏｏｋｓ電感應(yīng)用于ＳＴＲＥＴＣＨ?ｍｅａｔ?ｇｒｉｎｄｅｒ電路??［３１］，在給定的充放電電流以及電感條件下，編制程序以得到能量密度最高的Ｂｒｏｏｋｓ??電感的結(jié)構(gòu)參數(shù)。同年７月，清華大學(xué)將構(gòu)成ＸＲＡＭ電路的多個電感定制成為相互??層疊的ＡＦＳＳＣ結(jié)構(gòu)１３２］，使電感線圈間具有強耦合作用。與原有結(jié)構(gòu)相比，在相同儲??能時體積更小，并計算了儲能密度，突出了其優(yōu)越性。２０１７年清華大學(xué)在設(shè)計Ｂｒｏｏｋｓ??電感時基于ＡＦＳＳＣ結(jié)構(gòu)，通過分析給定范圍內(nèi)的線圈參數(shù)，計算并尋找具有最高儲??能密度的電感［３３］。??２０１６年南京理工大學(xué)設(shè)計并制作了應(yīng)用于ＳＴＲＥＴＣＨ?ｍｅａｔ?ｇｒｉｎｄｅｒ電路的??Ｂｒｏｏｋｓ電感，在各層間填充聚碳酸酯材料以提高絕緣強度［３４］，并對Ｂｒｏｏｋｓ電感的內(nèi)??部磁場分布進行了仿真計算。２０１７年在ＳＴＲＥＴＣＨ?ｍｅａｔ?ｇｒｉｎｄｅｒ電路拓撲各參數(shù)要求??下，利用ＡＮＳＹＳ軟件建立仿真模型進行仿真計算，并對ＡＦＳＳＣ單元的匝間距進行??

圖２－１ＩＧＢＴ動態(tài)特性測試原理圖ａ）及測試序圖ｂ）??Ｆｉｇ．２－１?ＩＧＢＴ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｔｅｓｔ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ａ）?ａｎｄ?ｔｅｓｔ?ｓｅｑｕｅｎｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｂ）??圖２－１?ａ）所示，雙脈沖測試電路釆用二極管箝位的感性負載電路，這是ＩＧＢＴ??最常見的應(yīng)用電路，也是常用于器件測試的通用測試電路，該測試電路需要的組件??為：直流電源Ｆｏｅ、充電電容Ｃ〇ｃ、直流母線、脈沖信號發(fā)生器、柵極驅(qū)動、被測??器件、負載電感Ｉｌ〇ａｄ。??圖２－１?ｂ）所示為雙脈沖的測試序圖，圖中第一個柵極脈沖用于對負載電感充??電，將電流充到待測電流時，ＩＧＢＴ關(guān)斷得到關(guān)斷電流、電壓波形；第二個柵極脈??沖信號使ＩＧＢＴ再次開通得到開通電流、電壓波形。雙脈沖信號發(fā)生器要保證ｒ〇－／３??內(nèi)各時間段自由可調(diào)，市場上把這種脈沖信號作為基本函數(shù)發(fā)生器的非常少，因此??我們通過可編程的ＤＳＰ微處理器來產(chǎn)生雙脈沖。雙脈沖測試基本過程如下［２４，３＼??心／１：在ｆｔ時刻之前，母線電容被充電到需要的電壓值，此時負載電感電流幾??為０，待測ＩＧＢＴ處于關(guān)斷狀態(tài)。隨著ｆｔ時刻ＩＧＢＴ導(dǎo)通信號的到來，母線電容開??始對負載電感充電

ａ）?ｂ）??圖２－１ＩＧＢＴ動態(tài)特性測試原理圖ａ）及測試序圖ｂ）??Ｆｉｇ．２－１?ＩＧＢＴ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｔｅｓｔ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ａ）?ａｎｄ?ｔｅｓｔ?ｓｅｑｕｅｎｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｂ）??圖２－１?ａ）所示，雙脈沖測試電路釆用二極管箝位的感性負載電路，這是ＩＧＢＴ??最常見的應(yīng)用電路，也是常用于器件測試的通用測試電路，該測試電路需要的組件??為：直流電源Ｆｏｅ、充電電容Ｃ〇ｃ、直流母線、脈沖信號發(fā)生器、柵極驅(qū)動、被測??器件、負載電感Ｉｌ〇ａｄ。??圖２－１?ｂ）所示為雙脈沖的測試序圖，圖中第一個柵極脈沖用于對負載電感充??電，將電流充到待測電流時，ＩＧＢＴ關(guān)斷得到關(guān)斷電流、電壓波形；第二個柵極脈??沖信號使ＩＧＢＴ再次開通得到開通電流、電壓波形。雙脈沖信號發(fā)生器要保證ｒ〇－／３??內(nèi)各時間段自由可調(diào)，市場上把這種脈沖信號作為基本函數(shù)發(fā)生器的非常少，因此??我們通過可編程的ＤＳＰ微處理器來產(chǎn)生雙脈沖。雙脈沖測試基本過程如下［２４，３＼??心／１：在ｆｔ時刻之前，母線電容被充電到需要的電壓值，此時負載電感電流幾??為０
【參考文獻】

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本文編號：2893738