具有高可靠性的數字化大功率電力電子集成模塊研究與應用.pdf

1、隨著電力電子技術在大功率應用場合的不斷拓展與成熟，工業(yè)界對高功率、高可靠性的通用型半導體功率模塊單元的需求也與日俱增。當前，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用。本文對具有高可靠性的基于多IGBT模塊并聯(lián)的數字化大功率電力電子集成模塊的若干關鍵技術進行了深入研究。
　　在總結了IGBT的相關基本特性的基礎上，本文研究了當前基于I

2、GBT并聯(lián)的高功率模塊單元的驅動與保護策略，并對其進行了分類、對比與總結。進而，旨在能夠實現動態(tài)、靜態(tài)均流，過壓、短路以及過溫保護功能，設計了IGBT并聯(lián)的數字化驅動與保護方案。針對大功率變流器應用中半導體器件關斷尖峰電壓較為嚴重的問題，在分析了關斷尖峰電壓產生原因的基礎上，提出了一種基于數字控制的關斷尖峰電壓抑制技術。相關實驗驗證了設計方法與技術的有效性。
　　常規(guī)功率模塊應用中，連線數量隨著模塊數量增加而大幅增加，這不僅給實施

3、帶來了難度，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。設計了基于單光纖高速環(huán)路通信的主電路拓撲結構。基于此拓撲，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。對環(huán)路通信方式引入的通信延時進行了分析，并給出了通過軟件實現延時矯正與多模塊時間延時一致性的方法。通過以上各種手段，最終實現了具有較大潛在應用價值、高可靠性的單光纖環(huán)路通信整體策略。實驗結果說明了此策略的可行性

4、與實用性。
　　大功率變流器裝置的可靠運行關乎電力電子裝置能否在大功率場合成功應用，可靠性問題一直是業(yè)界研究的重點與難點。本文對變流器裝置核心單元變流器模塊的電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC）問題進行了分析與設計。圍繞變流器模塊，對共模、差模干擾的干擾源、傳導路徑及干擾程度進行了分析。在此基礎上，對共模、差模干擾的抑制技術進行了分析與探討，以期能夠以較小的代價、最大限度的對干擾進行有

5、效的抑制，提高其可靠性。仿真與實驗結果驗證了分析方法的正確性，運用此分析方法對工程實踐中干擾問題的解決說明了相關抑制技術的有效性。
　　最后，對大功率電力電子功率集成模塊(Power Electronic Building Block，PEBB)進行了試制，并將其運用到大功率電力電子裝置中。長時間的滿功率連續(xù)運行驗證了所制模塊具有較高的可靠性。對于更高的功率應用場合，通常會對變流器裝置進行并聯(lián)應用，本文對并聯(lián)系統(tǒng)進行了建模，研究了