具有高可靠性的數(shù)字化大功率電力電子集成模塊研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)在大功率應(yīng)用場(chǎng)合的不斷拓展與成熟，工業(yè)界對(duì)高功率、高可靠性的通用型半導(dǎo)體功率模塊單元的需求也與日俱增。當(dāng)前，絕緣柵門極晶體管(Insulated GateBipolar Translator，IGBT)在中、低壓大功率電力電子裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。本文對(duì)具有高可靠性的基于多IGBT模塊并聯(lián)的數(shù)字化大功率電力電子集成模塊的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。
　　在總結(jié)了IGBT的相關(guān)基本特性的基礎(chǔ)上，本文研究了當(dāng)前基于I

2、GBT并聯(lián)的高功率模塊單元的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)策略，并對(duì)其進(jìn)行了分類、對(duì)比與總結(jié)。進(jìn)而，旨在能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)均流，過(guò)壓、短路以及過(guò)溫保護(hù)功能，設(shè)計(jì)了IGBT并聯(lián)的數(shù)字化驅(qū)動(dòng)與保護(hù)方案。針對(duì)大功率變流器應(yīng)用中半導(dǎo)體器件關(guān)斷尖峰電壓較為嚴(yán)重的問(wèn)題，在分析了關(guān)斷尖峰電壓產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，提出了一種基于數(shù)字控制的關(guān)斷尖峰電壓抑制技術(shù)。相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法與技術(shù)的有效性。
　　常規(guī)功率模塊應(yīng)用中，連線數(shù)量隨著模塊數(shù)量增加而大幅增加，這不僅給實(shí)施

3、帶來(lái)了難度，并且降低了系統(tǒng)的可靠性，為此，本文引入了環(huán)路通信的概念。設(shè)計(jì)了基于單光纖高速環(huán)路通信的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?；诖送?fù)?，確定了環(huán)路通信的通信協(xié)議，使其能夠滿足單光纖高速通信的需求。分析研究了正常通信模式與故障判斷與處理策略。對(duì)環(huán)路通信方式引入的通信延時(shí)進(jìn)行了分析，并給出了通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)延時(shí)矯正與多模塊時(shí)間延時(shí)一致性的方法。通過(guò)以上各種手段，最終實(shí)現(xiàn)了具有較大潛在應(yīng)用價(jià)值、高可靠性的單光纖環(huán)路通信整體策略。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了此策略的可行性

4、與實(shí)用性。
　　大功率變流器裝置的可靠運(yùn)行關(guān)乎電力電子裝置能否在大功率場(chǎng)合成功應(yīng)用，可靠性問(wèn)題一直是業(yè)界研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。本文對(duì)變流器裝置核心單元變流器模塊的電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC）問(wèn)題進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。圍繞變流器模塊，對(duì)共模、差模干擾的干擾源、傳導(dǎo)路徑及干擾程度進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，對(duì)共模、差模干擾的抑制技術(shù)進(jìn)行了分析與探討，以期能夠以較小的代價(jià)、最大限度的對(duì)干擾進(jìn)行有

5、效的抑制，提高其可靠性。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了分析方法的正確性，運(yùn)用此分析方法對(duì)工程實(shí)踐中干擾問(wèn)題的解決說(shuō)明了相關(guān)抑制技術(shù)的有效性。
　　最后，對(duì)大功率電力電子功率集成模塊(Power Electronic Building Block，PEBB)進(jìn)行了試制，并將其運(yùn)用到大功率電力電子裝置中。長(zhǎng)時(shí)間的滿功率連續(xù)運(yùn)行驗(yàn)證了所制模塊具有較高的可靠性。對(duì)于更高的功率應(yīng)用場(chǎng)合，通常會(huì)對(duì)變流器裝置進(jìn)行并聯(lián)應(yīng)用，本文對(duì)并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行了建模，研究了