大容量IGBT模塊應(yīng)用工況復(fù)現(xiàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、大容量絕緣柵雙極型晶體管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)在風(fēng)力發(fā)電、柔性直流輸電等大功率變流系統(tǒng)中得到極為廣泛應(yīng)用，提高大容量IGBT應(yīng)用過(guò)程中的可靠性是提高整個(gè)變流系統(tǒng)可靠性的最重要途徑之一，其中大容量IGBT的動(dòng)態(tài)特性與實(shí)際正常運(yùn)行工況聯(lián)系最為緊密。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于大容量IGBT的研究主要基于離線式的測(cè)試方法，較少涉及準(zhǔn)在線或在線研究，因此亟需研制大容量IGBT動(dòng)態(tài)特性準(zhǔn)在線測(cè)試平臺(tái)。

2、利用測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行器件選型及散熱器設(shè)計(jì)等，有助于提前發(fā)現(xiàn)變流器的設(shè)計(jì)缺陷并提高變流器在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性。
　　本文根據(jù)大容量IGBT在線測(cè)試的需求，設(shè)計(jì)和搭建了基于H橋拓?fù)涞恼淄呒?jí)應(yīng)用工況復(fù)現(xiàn)測(cè)試平臺(tái)，通過(guò)工況復(fù)現(xiàn)測(cè)試平臺(tái)，可以模擬不同的實(shí)際運(yùn)行工況（主要包括:外界環(huán)境溫度，開(kāi)關(guān)頻率，負(fù)載頻率，有功功率和無(wú)功功率），進(jìn)行大容量IGBT的準(zhǔn)在線測(cè)試，為大容量IGBT在實(shí)際運(yùn)行工況中可靠運(yùn)行提供理論基礎(chǔ)。鑒于死區(qū)效應(yīng)對(duì)于單相大功率變流

3、器輸出電能質(zhì)量的影響，為使工況復(fù)現(xiàn)平臺(tái)更準(zhǔn)確的模擬實(shí)際的運(yùn)行工況，進(jìn)行了相應(yīng)的死區(qū)補(bǔ)償，從而減小負(fù)載電感的電流紋波以及其THD(Total Harmonic Distortion)，使得負(fù)載電流與實(shí)際變流器電流諧波含量相近。IGBT結(jié)溫是影響IGBT模塊可靠性的重要因素，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了諸多基于熱敏感電參數(shù)的結(jié)溫提取方法，然而尚未涉及大容量IGBT模塊動(dòng)態(tài)結(jié)溫在線監(jiān)測(cè)和測(cè)試研究。本文以關(guān)斷延遲時(shí)間為熱敏感電參數(shù)，簡(jiǎn)要論述了其與器件結(jié)溫和

4、負(fù)載電流等運(yùn)行工況的相關(guān)性，并通過(guò)實(shí)測(cè)構(gòu)建了三維數(shù)據(jù)庫(kù)。考慮到IGBT模塊的功率損耗是影響其結(jié)溫的重要因素之一，分析了一個(gè)負(fù)載周期內(nèi)IGBT模塊（IGBT和反并聯(lián)二極管）的開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗的分布特征。并基于運(yùn)行工況復(fù)現(xiàn)平臺(tái)，研究了大容量IGBT模塊在不同負(fù)載頻率和不同負(fù)載電流相位時(shí)被測(cè)IGBT的功率損耗和結(jié)溫波動(dòng)規(guī)律，并通過(guò)與模塊內(nèi)置的負(fù)溫度系數(shù)(NegativeTemperature Coefficient, NTC)熱敏電阻進(jìn)行結(jié)