絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)結(jié)合了MOSFET與GTR的長處,形成了自身開關(guān)速度快、驅(qū)動功率小以及通流能力強的優(yōu)良特性。在電氣節(jié)能、新能源發(fā)電、電力牽引、智能電網(wǎng)以及軍工裝備等領(lǐng)域都得到了極為廣泛的應(yīng)用。然而,單個器件的功率處理能力還不能滿足日益增長的大容量電力電子裝置對電能處理能力的需求以及特定封裝的功率模塊不存在,所以,在提高單個器件功率處理能力的基礎(chǔ)上,以并聯(lián)為重要內(nèi)容的器件組合技術(shù),在很長時間內(nèi)都是很重要的發(fā)展方向,并且從可靠性、可用性以及應(yīng)用需求的角度,器件組合技術(shù)應(yīng)該是今后大容量電力電子技術(shù)和應(yīng)用的重要技術(shù)方向。同時,IGBT模塊的并聯(lián)應(yīng)用在增大變流器輸出電流的同時,還可以增加裝置的功率密度、均衡并聯(lián)模塊間的溫度分布、優(yōu)化變流器的內(nèi)部布局,提高裝置的性價比。然而,由于半導(dǎo)體器件自身參數(shù)的離散性、驅(qū)動與主功率回路的不合理設(shè)計、溫度不一致等不利因素的存在。并聯(lián)的IGBT模塊間的電流往往會不均衡分配,這就使得變流器的輸出電流必須要降額使用。降額系數(shù)通常不能被準(zhǔn)確定量,而是根據(jù)設(shè)計和使用的最差工況作出的假設(shè),這種假定明顯不符合產(chǎn)品真實的運行情況。通常,為了保證產(chǎn)品長期工作的可靠性,工程師一般會較高的估計IGBT的降額系數(shù),這種行為導(dǎo)致的直接影響就是增加了產(chǎn)品的設(shè)計成本和客戶的使用成本。同時,電流的失配會使單個模塊過載,不僅增大了器件損壞的可能性,還降低了整個系統(tǒng)的可靠性。因此,分析研究靜動態(tài)不均流的原因,然后尋求電流均衡分配的方法,并分析并聯(lián)應(yīng)用時的電熱特性就顯得十分必要。本文首先分析了IGBT的結(jié)構(gòu)組成及特性原理。其次,針對靜動態(tài)不均流的原因,從靜態(tài)不均流和動態(tài)不均流兩個方面進(jìn)行了詳盡的理論分析及仿真與實驗驗證。然后,針對靜動態(tài)不均流的原因,在闡述已有的降額法、串加阻抗法的基礎(chǔ)上,提出了采用耦合電感均流和主動門極控制的方法,并進(jìn)行了理論推導(dǎo)與實驗驗證,表明了所提方法的可用性。最后,在ANSYS Icepak軟件中構(gòu)建了IGBT模塊的三維有限元電熱仿真模型,在分析單模塊電熱特性的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了并聯(lián)IGBT模塊的電熱仿真模型,從仿真結(jié)果出發(fā)分析了并聯(lián)應(yīng)用的相關(guān)特點,為工程應(yīng)用中提高模塊與系統(tǒng)的可靠性提供了可行的參考。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN322.8
【部分圖文】：

特意進(jìn)行了實驗驗證，實驗中選取的均流電感的電感值為 5μH，實驗所用裝置見圖 3-19。實驗所得的波形，見圖4-3，從圖中可以看出，未加均流電感時，兩個管子的電流在靜態(tài)和動態(tài)均不相同，而且差異較大，總體上看，并聯(lián)效果較差。串加均流電感后，動態(tài)電流幾乎完全一致，靜態(tài)電流的一致性也得到了大幅度提高。實驗結(jié)果表明，串加電感可以提高并聯(lián)模塊的電流均衡程度。但是，加入電感后，器件的開關(guān)速度稍有下降，這是最為不利的方面。4.5 外加耦合電感法（Method of Coupled Inductor）本文提出一種新型的并聯(lián) IGBT 模塊間靜動態(tài)電流均衡分配方法，就是將耦合電感應(yīng)用在并聯(lián) IGBT 模塊的主回路中，實現(xiàn)電流的靜動態(tài)均衡分配。電流均

碩士學(xué)位論文。一旦 PN 結(jié)的反向電壓升高，反向電流就會立即增加，升，結(jié)溫升高又反作用于電流，導(dǎo)致反向電流增大，此時量及時的帶出系統(tǒng)，結(jié)溫和電流都會上升，呈現(xiàn)一種惡性被擊穿，此種擊穿源于熱效應(yīng)，故又稱熱擊穿。也可以熱失效的機理，就是產(chǎn)生的熱量與耗散的熱量間的動態(tài)平產(chǎn)熱功率大于散熱系統(tǒng)的最大功率耗散，見式(5-30)，式，PS為散熱系統(tǒng)最大的功率耗散，則 IGBT 的結(jié)溫將會以導(dǎo)致 IGBT 熱擊穿[86]。f SP Pt t

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2831190