【摘要】：隨著軌道交通的蓬勃發(fā)展,作為牽引傳動系統(tǒng)中重要組成部分的四象限變流器對開關(guān)器件的功率密度和可靠性提出了更高的要求�；诠璨牧系腎GBT作為四象限變流器中的主流器件經(jīng)過三十多年的發(fā)展,其性能已經(jīng)逼近理論極限。當(dāng)前為了提升IGBT的性能主要有兩種手段:一是采用氮化鎵、碳化硅等寬禁帶新型材料,二是對傳統(tǒng)硅基IGBT在結(jié)構(gòu)和工藝上進(jìn)行改進(jìn)和融合,產(chǎn)生功能集成型IGBT。前者雖然在器件性能上表現(xiàn)良好,但是材料和工藝都還存在著很多問題,且成本相對于硅器件更高,目前只在中小功率場合有部分應(yīng)用。逆導(dǎo)型IGBT通過對IGBT芯片的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),在IGBT芯片上實現(xiàn)了額外的續(xù)流二極管的功能。提高了IGBT模塊的整體功率密度,降低了器件成本并且提升了穩(wěn)定性。論文研究了應(yīng)用于四象限變流器的逆導(dǎo)型IGBT退飽和控制方法,提出了基于瞬態(tài)電流控制的改進(jìn)型電流閾值退飽和控制方案,該方案提高了整體控制系統(tǒng)的連續(xù)性,解決了電流閾值退飽和控制方法中因?qū)γ}沖進(jìn)行強制分段而導(dǎo)致在實際應(yīng)用中出現(xiàn)上下橋臂直通的問題。其次,充分考慮了影響電流閾值取值的因素,提出了通過實際測量結(jié)合計算的方法來確定最佳電流閾值。避免了電流閾值取值過小導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)出錯誤的退飽和脈沖,或者電流閾值取值過大導(dǎo)致無法充分發(fā)揮逆導(dǎo)型IGBT在退飽和控制下的優(yōu)勢等問題。然后在MATLAB/Simulink軟件中搭建了仿真模型,驗證了本文提出的基于瞬態(tài)電流控制的改進(jìn)型電流閾值退飽和控制方案的可行性。通過仿真波形和器件手冊,結(jié)合論文提出的電流閾值損耗計算方法,對應(yīng)用逆導(dǎo)型IGBT的四象限變流器和應(yīng)用普通IGBT的四象限變流器進(jìn)行了損耗計算和對比分析。接著對常規(guī)PWM控制程序進(jìn)行改進(jìn),并編寫了適配于退飽和控制的瞬態(tài)電流控制的DSP程序。同時提出了改進(jìn)型脈沖延時時序控制邏輯,解決了延時邏輯在延時時間大于脈沖寬度的情況下,延時脈沖變寬的問題,并用Verilog HDL語言編寫了退飽和控制的CPLD程序。最后搭建了小功率平臺,通過實驗證明了論文所提方案的正確性和可行性。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM471
【圖文】：

邐＆緩沖區(qū)逡逑（ｂ）逆導(dǎo)型ＩＧＢＴ內(nèi)部結(jié)構(gòu)和符號逡逑圖２－１傳統(tǒng)ＩＧＢＴ和逆導(dǎo)型ＩＧＢＴ內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｉｎｔｅｒｎａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ邋ＩＧＢＴ邋ａｎｄ邋ｒｅｖｅｒｓｅ邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ邋ＩＧＢＴ逡逑ＥｊＨｍ逡逑ｍｍ逡逑（ａ）傳統(tǒng)ＩＧＢＴ內(nèi)部邐（ｂ）丨ＧＢＴ模塊外部邐（ｃ）逆導(dǎo)型ＩＧＢＴ內(nèi)部逡逑圖２－２相同封裝下傳統(tǒng)ＩＧＢＴ模塊和逆導(dǎo)型ＩＧＢＴ模塊內(nèi)部芯片分布逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｉｎｔｅｒｎａｌ邋ｃｈｉｐ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋

邐北京交通大學(xué)碩士專業(yè)學(xué)位論文邐逡逑擁有更大的功率容量和更高的穩(wěn)定性。同時在控制特性上，對逆導(dǎo)型ＩＧＢＴ施加退逡逑飽和控制能降低二極管模式下的導(dǎo)通損耗和反向恢復(fù)損耗，從而降低模塊的整體逡逑損耗。為了證明退飽和控制對逆導(dǎo)型ＩＧＢＴ損耗的降低確實有效，文獻(xiàn)［２７］對英飛逡逑凌公司生產(chǎn)的相同封裝下６．５ｋＶ電壓等級的逆導(dǎo)型ＩＧＢＴ和傳統(tǒng)ＩＧＢＴ在逡逑３５００Ｖ／７５０Ａ的條件下進(jìn)行了雙脈沖實驗，其結(jié)果如圖２－６所示，當(dāng)逆導(dǎo)型ＩＧＢＴ逡逑采用飽和控制時，其模塊損耗略小于傳統(tǒng)ＩＧＢＴ模塊損耗，但是當(dāng)對逆導(dǎo)型ＩＧＢＴ逡逑采用退飽和控制時，其模塊損耗明顯降低，雖然越寬的退飽和脈沖能減少更多的逡逑反向恢復(fù)損耗，但是也增加了導(dǎo)通損耗，所以退飽和脈沖也不是越寬越好，應(yīng)該逡逑根據(jù)實際應(yīng)用情況進(jìn)行最優(yōu)選取。逡逑■＞０邋000逡逑■Ｅ0Ｄ邋＜ｍＪ）邐ＢＥ0ｆｆ邋ＣｍＪ）邐－Ｈｃｏｎ－ｄｉｏｄｅ邋（ｍＪ）逡逑

Ｔｌ、Ｔ２都處于ＩＧＢＴ導(dǎo)通狀態(tài)，造成橋臂短路。逡逑當(dāng)電流方向為從半橋流出時，如圖２－７邋（ｃ）、（ｄ）所示，在傳統(tǒng)ＩＧＢＴ模塊半逡逑橋（ｃ）中，當(dāng)Ｔ１的門極信號為高時，Ｔ１導(dǎo)通，下一時刻Ｔ１門極信號變低，Ｔ１逡逑關(guān)斷，Ｔ２的門極信號變高，同樣由于器件的導(dǎo)通時間一般小于器件的關(guān)斷時間，逡逑所以會造成短時間內(nèi)上下管Ｔｌ、Ｔ２都處于ＩＧＢＴ導(dǎo)通狀態(tài)，造成橋臂短路，所以逡逑需要設(shè)置死區(qū)時間７＾＾。在逆導(dǎo)型ＩＧＢＴ模塊的半橋（ｄ）中Ｔ１從ＩＧＢＴ模式變?yōu)殄义详P(guān)斷模式，Ｔ２將進(jìn)入續(xù)流二極管模式，此時并不給Ｔ２的門極施加高電平，因而逡逑Ｔ２并不會進(jìn)入ＩＧＢＴ模式而是進(jìn)入續(xù)流二極管模式，所以不需要設(shè)置死區(qū)時間。逡逑而當(dāng)Ｔ２處于續(xù)流二極管模式時，即使同時給Ｔ１和Ｔ２的門極施加高電平，也會因逡逑為Ｔ２處于續(xù)流二極管模式而反向恢復(fù)需要時間所以短時間內(nèi)不會出現(xiàn)上下管直通逡逑的現(xiàn)象。在傳統(tǒng)ＩＧＢＴ模塊半橋中，續(xù)流二極管Ｄ２工作時，Ｔ２的門極信號為氋，逡逑Ｔ２處于導(dǎo)通狀態(tài)，但是因為沒有電流經(jīng)過而不工作。續(xù)流二極管Ｄ２即將關(guān)閉時，逡逑Ｔ２的門極信號從高電平變?yōu)榈碗娖剑裕钡拈T極信號從低電平變?yōu)楦唠娖�，如果沒逡逑有設(shè)置死區(qū)時間同樣會造成上下橋臂短路。所以退飽和控制并不適用于傳統(tǒng)逡逑１ＧＢＴ模塊。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 錢照明;張軍明;盛況;;電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J];中國電機工程學(xué)報;2014年29期

2 王成;;單相PWM整流器控制方法及諧波分析[J];電子設(shè)計工程;2014年06期

3 王琛琛;周明磊;游小杰;;大功率交流電力機車脈寬調(diào)制方法[J];電工技術(shù)學(xué)報;2012年02期

4 宋文勝;馮曉云;;一種單相空間矢量脈寬調(diào)制優(yōu)化方法[J];電工技術(shù)學(xué)報;2011年04期

5 高吉磊;張雅靜;林飛;鄭瓊林;;單相PWM整流器諧波電流抑制算法研究[J];中國電機工程學(xué)報;2010年21期

6 鄭瓊林;;交流傳動HXD1電力機車諧振原因分析與對策[J];變頻器世界;2009年05期

7 伍家駒;王文婷;李學(xué)勇;杉本英彥;;單相SPWM逆變橋輸出電壓的諧波分析[J];電力自動化設(shè)備;2008年04期

8 易龍強;戴瑜興;;SVPWM技術(shù)在單相逆變電源中的應(yīng)用[J];電工技術(shù)學(xué)報;2007年09期

9 宋文勝;劉志敏;馮曉云;;四象限變流器控制策略研究與仿真[J];電力機車與城軌車輛;2007年02期

10 鄒仁;四象限變流器瞬態(tài)電流控制的仿真研究[J];機車電傳動;2003年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 陳偉中;RC-IGBT的理論模型與新結(jié)構(gòu)研究[D];電子科技大學(xué);2014年

2 李建林;載波相移級聯(lián)H橋型多電平變流器及其在有源電力濾波器中的應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2005年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 凌超;大功率逆導(dǎo)型IGBT應(yīng)用特性研究與專用驅(qū)動設(shè)計[D];北京交通大學(xué);2018年

2 昌登偉;6.5kV RC-IGBT在四象限變流器中的應(yīng)用[D];北京交通大學(xué);2018年

本文編號：2744060