近年來(lái),隨著IGBT技術(shù)的快速發(fā)展,柔性直流輸電技術(shù)日趨成熟。壓接型IGBT因其功率等級(jí)高、散熱性能好和開(kāi)關(guān)速度快等特點(diǎn),在我國(guó)柔性直流輸電電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮著重大作用。壓接型IGBT動(dòng)態(tài)特性測(cè)試平臺(tái)是器件建模、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、收集資料等工作的基礎(chǔ),負(fù)載電感作為其重要組成部分,已成為制約測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)小型化發(fā)展的關(guān)鍵因素。因此,引入更高儲(chǔ)能密度的電感以減小負(fù)載電感的體積,對(duì)實(shí)現(xiàn)測(cè)試平臺(tái)小型化設(shè)計(jì)具有重要意義。本文首先介紹了 IGBT動(dòng)態(tài)特性測(cè)試原理及壓接型IGBT結(jié)構(gòu)特點(diǎn),通過(guò)對(duì)比不同類(lèi)型的電感在動(dòng)態(tài)特性測(cè)試平臺(tái)應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn),選取具有更高儲(chǔ)能密度的Brooks電感作為測(cè)試平臺(tái)的負(fù)載電感。進(jìn)而搭建了 IGBT動(dòng)態(tài)特性測(cè)試仿真電路,通過(guò)仿真提出Brooks電感的電感值、電阻值、集膚效應(yīng)以及絕緣強(qiáng)度等方面的設(shè)計(jì)要求�；谏鲜鲈O(shè)計(jì)要求,本文提出可以獲取最大儲(chǔ)能密度的電感設(shè)計(jì)方法。根據(jù)設(shè)計(jì)得出的電參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù),搭建了 ANSYS電磁仿真模型,通過(guò)仿真計(jì)算及動(dòng)、熱穩(wěn)定性校驗(yàn),驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的可行性。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了 Brooks電感的實(shí)物制作,并進(jìn)行了阻抗特性測(cè)量和絕緣測(cè)試,各參數(shù)均符合理論設(shè)計(jì)要求。最后針對(duì)Brooks電感在壓接型IGBT動(dòng)態(tài)特性平臺(tái)中的應(yīng)用,設(shè)計(jì)了 ABB StakPak IGBT壓力夾具,搭建了壓接型IGBT動(dòng)態(tài)特性測(cè)試平臺(tái),并分別完成了高壓小電流和大電流測(cè)試。結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù),計(jì)算了 Brooks電感的儲(chǔ)能密度,與傳統(tǒng)干式空心電感相比較,Brooks電感具有更高的儲(chǔ)能密度,為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)測(cè)試平臺(tái)的小型化奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TM55
【部分圖文】：

２０１３年西北核技術(shù)研宄所設(shè)計(jì)出電感值５３３ｐＨ，通流能力１５ｋＡ的Ｂｒｏｏｋｓ電感??［３（）］，并申請(qǐng)了專(zhuān)利。該電感采用鋁制板材料，每層厚５ｍｍ，匝間絕緣采用聚丙烯薄??膜，整個(gè)電感器的電阻為１３．８ｍＱ。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)通過(guò)大電流時(shí)，毛刺處發(fā)生強(qiáng)??點(diǎn)發(fā)射，造成層間擊穿。??２０１５年清華大學(xué)馬山剛等人將Ｂｒｏｏｋｓ電感應(yīng)用于ＳＴＲＥＴＣＨ?ｍｅａｔ?ｇｒｉｎｄｅｒ電路??［３１］，在給定的充放電電流以及電感條件下，編制程序以得到能量密度最高的Ｂｒｏｏｋｓ??電感的結(jié)構(gòu)參數(shù)。同年７月，清華大學(xué)將構(gòu)成ＸＲＡＭ電路的多個(gè)電感定制成為相互??層疊的ＡＦＳＳＣ結(jié)構(gòu)１３２］，使電感線圈間具有強(qiáng)耦合作用。與原有結(jié)構(gòu)相比，在相同儲(chǔ)??能時(shí)體積更小，并計(jì)算了儲(chǔ)能密度，突出了其優(yōu)越性。２０１７年清華大學(xué)在設(shè)計(jì)Ｂｒｏｏｋｓ??電感時(shí)基于ＡＦＳＳＣ結(jié)構(gòu)，通過(guò)分析給定范圍內(nèi)的線圈參數(shù)，計(jì)算并尋找具有最高儲(chǔ)??能密度的電感［３３］。??２０１６年南京理工大學(xué)設(shè)計(jì)并制作了應(yīng)用于ＳＴＲＥＴＣＨ?ｍｅａｔ?ｇｒｉｎｄｅｒ電路的??Ｂｒｏｏｋｓ電感，在各層間填充聚碳酸酯材料以提高絕緣強(qiáng)度［３４］，并對(duì)Ｂｒｏｏｋｓ電感的內(nèi)??部磁場(chǎng)分布進(jìn)行了仿真計(jì)算。２０１７年在ＳＴＲＥＴＣＨ?ｍｅａｔ?ｇｒｉｎｄｅｒ電路拓?fù)涓鲄?shù)要求??下，利用ＡＮＳＹＳ軟件建立仿真模型進(jìn)行仿真計(jì)算，并對(duì)ＡＦＳＳＣ單元的匝間距進(jìn)行??

圖２－１ＩＧＢＴ動(dòng)態(tài)特性測(cè)試原理圖ａ）及測(cè)試序圖ｂ）??Ｆｉｇ．２－１?ＩＧＢＴ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｔｅｓｔ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ａ）?ａｎｄ?ｔｅｓｔ?ｓｅｑｕｅｎｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｂ）??圖２－１?ａ）所示，雙脈沖測(cè)試電路釆用二極管箝位的感性負(fù)載電路，這是ＩＧＢＴ??最常見(jiàn)的應(yīng)用電路，也是常用于器件測(cè)試的通用測(cè)試電路，該測(cè)試電路需要的組件??為：直流電源Ｆｏｅ、充電電容Ｃ〇ｃ、直流母線、脈沖信號(hào)發(fā)生器、柵極驅(qū)動(dòng)、被測(cè)??器件、負(fù)載電感Ｉｌ〇ａｄ。??圖２－１?ｂ）所示為雙脈沖的測(cè)試序圖，圖中第一個(gè)柵極脈沖用于對(duì)負(fù)載電感充??電，將電流充到待測(cè)電流時(shí)，ＩＧＢＴ關(guān)斷得到關(guān)斷電流、電壓波形；第二個(gè)柵極脈??沖信號(hào)使ＩＧＢＴ再次開(kāi)通得到開(kāi)通電流、電壓波形。雙脈沖信號(hào)發(fā)生器要保證ｒ〇－／３??內(nèi)各時(shí)間段自由可調(diào)，市場(chǎng)上把這種脈沖信號(hào)作為基本函數(shù)發(fā)生器的非常少，因此??我們通過(guò)可編程的ＤＳＰ微處理器來(lái)產(chǎn)生雙脈沖。雙脈沖測(cè)試基本過(guò)程如下［２４，３＼??心／１：在ｆｔ時(shí)刻之前，母線電容被充電到需要的電壓值，此時(shí)負(fù)載電感電流幾??為０，待測(cè)ＩＧＢＴ處于關(guān)斷狀態(tài)。隨著ｆｔ時(shí)刻ＩＧＢＴ導(dǎo)通信號(hào)的到來(lái)，母線電容開(kāi)??始對(duì)負(fù)載電感充電

ａ）?ｂ）??圖２－１ＩＧＢＴ動(dòng)態(tài)特性測(cè)試原理圖ａ）及測(cè)試序圖ｂ）??Ｆｉｇ．２－１?ＩＧＢＴ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｔｅｓｔ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ａ）?ａｎｄ?ｔｅｓｔ?ｓｅｑｕｅｎｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｂ）??圖２－１?ａ）所示，雙脈沖測(cè)試電路釆用二極管箝位的感性負(fù)載電路，這是ＩＧＢＴ??最常見(jiàn)的應(yīng)用電路，也是常用于器件測(cè)試的通用測(cè)試電路，該測(cè)試電路需要的組件??為：直流電源Ｆｏｅ、充電電容Ｃ〇ｃ、直流母線、脈沖信號(hào)發(fā)生器、柵極驅(qū)動(dòng)、被測(cè)??器件、負(fù)載電感Ｉｌ〇ａｄ。??圖２－１?ｂ）所示為雙脈沖的測(cè)試序圖，圖中第一個(gè)柵極脈沖用于對(duì)負(fù)載電感充??電，將電流充到待測(cè)電流時(shí)，ＩＧＢＴ關(guān)斷得到關(guān)斷電流、電壓波形；第二個(gè)柵極脈??沖信號(hào)使ＩＧＢＴ再次開(kāi)通得到開(kāi)通電流、電壓波形。雙脈沖信號(hào)發(fā)生器要保證ｒ〇－／３??內(nèi)各時(shí)間段自由可調(diào)，市場(chǎng)上把這種脈沖信號(hào)作為基本函數(shù)發(fā)生器的非常少，因此??我們通過(guò)可編程的ＤＳＰ微處理器來(lái)產(chǎn)生雙脈沖。雙脈沖測(cè)試基本過(guò)程如下［２４，３＼??心／１：在ｆｔ時(shí)刻之前，母線電容被充電到需要的電壓值，此時(shí)負(fù)載電感電流幾??為０
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2893738