igbt串联特性及均压技术研究

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1、中图分类号：TM461论文编号：102870318-SX088学科分类号：080800硕士学位论文IGBT串联特性及均压技术研究研究生姓名王钧学科、专业电气工程研究方向电力电子与电力传动指导教师胡海兵教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonCharacteristicandVoltage-SharingControlofSeries-ConnectedIGBTsA

2、ThesisinElectricalEngineeringbyWangJunAdvisedbyProf.HuHaibingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部

3、或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要在中高压应用场合，绝缘栅型双极性晶体管（IGBT）由于良好的综合性能，已经成为工应用最广泛的电力电子器件。但由于器件制造技术的限制，目前单个IGBT难以满足高压场合的耐压要求，IGBT直接串联技术是解决器件耐压问题的途径之一。在IGBT串联使用中，静态和动态电压分配是影响器件稳定运行的核心，因此研究IGBT串联均压技术具有十分重要的意义。首先分析IGBT的内部结构和工作原理，将IGBT开通过程和关断过程分

4、别进行阶段划分，并对每个阶段进行详细的分析。引入一种基于Hefner模型理论的数学简化模型，通过数学解析式进一步量化描述关断过程的各个阶段，并基于该模型，对关键模型参数进行研究分析，建立各个参数与开关动态过程的物理联系。提出一套基于开关特性测试的参数提取方案，利用双脉冲测试完成了11个关键参数的提取，并通过仿真计算和实验结果的对比验证提取方案的准确性和可行性。针对IGBT串联动态过程，以驱动信号延时为例，分别分析了开通过程和关断过程中每个阶段电压差异形成原因。并利用数学模型理论，分析了其他影响IGBT不均压的器件自身参数和外部电路参数的作用机理。仿真分析和实验测试验证了各参数

5、对IGBT串联不均压的影响作用。实验发现，各个参数差异在IGBT串联过程中的影响都可以等效为对开关过程的超前或者滞后作用，设置适量的驱动延时可以抵消其他参数对串联过程的不均压影响，为基于驱动延时调节均压方案的提出提供了依据。结合传统稳压管有源箝位方案，采样箝位电流作为反馈信号，利用箝位电流与IGBT电压尖峰的正相关性，提出了一种驱动边沿延时控制均压方案。通过曲线拟合得出了测试IGBT串联工作时箝位电路工作时间与驱动延时量的二次关系曲线，并据此提出了平方比例调节的驱动边沿调节方案。实验对比了固定步长调节、变步长调节、比例调节和平方比例调节的驱动边沿调节效果。实验结果表明采用平方

6、比例调节更为符合测试IGBT的串联工作特性，因此获得更优的均压效果，在不均压程度较大时具备较好的快速性，在不均压程度较小时具备较好的稳定性。关键词：串联IGBT，均压，模型参数提取，有源箝位IIGBT串联特性及均压技术研究ABSTRACTTheinsulatedgatebipolartransistors(IGBTs),withgoodoverallperformanceinthehigh-voltageapplications,havebecomethemostwidelyusedpowerdevices.However,itisdifficultforsingleIGBT

7、tomeetthehigh-voltagerequirementsduetothemanufacturetechnologylimitation.ThedirectseriesconnectionofmultipleIGBTsisoneoftheeffectiveapproachestorealizehighvoltagepowerconversion,butthestaticanddynamicvoltagesharingisthecoreissuetoensurestableoperationoft