本文關(guān)鍵詞： 高壓大功率壓接型IGBT 測(cè)試平臺(tái) 開關(guān)瞬態(tài)電流分布特性 PETT振蕩 小信號(hào)特性　出處：《華北電力大學(xué)(北京)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著我國(guó)新能源的發(fā)展,高壓大功率壓接型IGBT器件作為換流閥以及斷路器中的核心器件,已經(jīng)成為制約我國(guó)柔性直流輸電電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵因素。研制國(guó)產(chǎn)高壓大功率壓接型IGBT器件,對(duì)于降低電網(wǎng)建設(shè)成本,提高清潔能源的消納能力具有重要的意義。本文針對(duì)壓接型IGBT器件的封裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn),研制了適用于高壓大功率壓接型IGBT器件的開關(guān)特性測(cè)試平臺(tái)。分析了壓接型IGBT器件內(nèi)部封裝寄生電感對(duì)多芯片并聯(lián)時(shí)的瞬態(tài)電流分布特性的影響,并提出了封裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。針對(duì)并聯(lián)IGBT芯片在關(guān)斷拖尾階段的高頻等離子體抽取渡越時(shí)間(Plasma Extraction Transit Time—PETT)振蕩,本文提出了采用小信號(hào)分析方法研究IGBT關(guān)斷拖尾階段空間電荷區(qū)載流子引起的空間電荷效應(yīng),提出了抑制PETT振蕩方法,成功抑制了大功率壓接型IGBT器件在關(guān)斷拖尾階段的PETT振蕩,提高了器件的可靠性。本文研制了高壓大功率壓接型IGBT器件開關(guān)特性測(cè)試平臺(tái),該平臺(tái)具有機(jī)械壓力均勻的特點(diǎn)。基于該測(cè)試平臺(tái),極大地促進(jìn)了研發(fā)的封裝和測(cè)試進(jìn)度,實(shí)現(xiàn)了封好即測(cè),快速準(zhǔn)確地測(cè)量器件的開關(guān)特性。在此基礎(chǔ)上,本文提出了同時(shí)采用開通和關(guān)斷波形來(lái)提取測(cè)試平臺(tái)換流回路雜散電感的方法,實(shí)現(xiàn)了IGBT開關(guān)特性測(cè)試平臺(tái)雜散電感的準(zhǔn)確計(jì)算,為提供權(quán)威的IGBT器件數(shù)據(jù)手冊(cè)提供了基礎(chǔ)。本文基于仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法,建立了凸臺(tái)寄生電感的等效電路模型,揭示了凸臺(tái)寄生電感對(duì)并聯(lián)IGBT芯片開關(guān)瞬態(tài)電流分布特性的影響。在此基礎(chǔ)上,提出了電流過(guò)沖最小和電流最均衡的兩種凸臺(tái)布局優(yōu)化方法,仿真分析驗(yàn)證了該方法的有效性。最后,提出圓周形布局方法,這種方法實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)IGBT芯片開關(guān)瞬態(tài)過(guò)程中的電流分布一致和開關(guān)損耗一致。針對(duì)凸臺(tái)布局對(duì)稱,柵極PCB板不對(duì)稱的布局方式,建立了并聯(lián)IGBT芯片驅(qū)動(dòng)回路的等效電路模型。基于實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法,測(cè)量了各個(gè)IGBT芯片驅(qū)動(dòng)回路阻感參數(shù),通過(guò)仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究了柵極PCB板不對(duì)稱情況下,并聯(lián)IGBT芯片開通瞬態(tài)電流分布特性,并結(jié)合這部分研究結(jié)果與凸臺(tái)對(duì)電流分布特性的影響,提出了雙針+雙層PCB板的結(jié)構(gòu),仿真結(jié)果表明,這種封裝結(jié)構(gòu)可以極大地改善并聯(lián)IGBT芯片開通瞬態(tài)電流的一致性。本文分析了IGBT關(guān)斷拖尾階段,載流子穿過(guò)空間電荷區(qū)引起的空間電荷效應(yīng),提出采用小信號(hào)特性分析的方法研究了空間電荷區(qū)的電壓、電流關(guān)系,揭示了PETT振蕩與封裝寄生電感、測(cè)試電壓之間的關(guān)系。通過(guò)理論分析,提出了抑制PETT振蕩的方法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。最后,將本文提出的方法應(yīng)用于高壓大功率的壓接型IGBT器件,成功的抑制了器件在關(guān)斷拖尾階段的PETT振蕩,提高了器件的可靠性,為進(jìn)一步研制更大電流等級(jí)的器件奠定了基礎(chǔ)。本文對(duì)于并聯(lián)IGBT芯片瞬態(tài)電流特性的研究,促進(jìn)了對(duì)并聯(lián)IGBT芯片瞬態(tài)均流特性以及高頻拖尾振蕩的認(rèn)識(shí),可以為更高電流等級(jí)的器件研發(fā)提供參考。
[Abstract]:With the development of China's new energy, high power crimping type IGBT device as the core device of converter valve and breaker, has become a key factor restricting China's HVDC power grid construction. The development of domestic high power crimping type IGBT device, to reduce the cost of power grid construction, has an important significance to improve the clean energy consumptive capacity. According to the characteristics of package structure crimping type IGBT device, was developed for high voltage and high power crimping type IGBT device switching characteristics test platform. Analysis of the crimp type IGBT device inside the package parasitic inductance of multi chip parallel transient current distribution characteristics, and puts forward optimization scheme for parallel IGBT chip package structure. The transit time in high frequency plasma from off stage (Plasma Extraction tail - PETT Transit Time) is proposed in this paper by using small oscillation. The effect of space charge signal analysis method IGBT off tailing phase space charge region of carrier induced inhibition of PETT, put forward the method of oscillation, reduce power crimping type IGBT device in PETT oscillation off tailing phase, improve the reliability of the device. This paper developed a high voltage power switch type pressure test platform the IGBT device, the platform has the characteristics of uniform mechanical pressure. The test platform based on, has greatly promoted the progress of research and development of packaging and testing, to achieve good sealing is measured, the switching characteristics of measuring devices quickly and accurately. Based on this, this paper puts forward the method of turn-on and turn off waveform extraction test platform for flow circuit stray inductance, to achieve the accurate calculation of IGBT switching characteristics of stray inductance test platform, provides the basis for the IGBT device data manual authority. Based on the simulation The methods of calculation and experimental measurement of the equivalent circuit model is established. The boss reveals the influence of parasitic inductance, boss parasitic inductance on the current distribution characteristics of switching transient parallel IGBT chip. Based on this, puts forward two kinds of convex layout optimization method of current minimum overshoot and the current balance, the simulation analysis is proved to be effective the method. Finally, the circular layout method, this method realizes uniform current distribution and switching loss consistent switching transient process of parallel IGBT chip. The boss layout layout, PCB plate gate asymmetric, equivalent circuit model established a parallel IGBT chip drive circuit. Based on experimental method the measurement of each IGBT chip, drive circuit resistance and inductance parameters, through simulation analysis and experimental verification of PCB gate plate under the asymmetric, parallel IGBT chip transient current opening Fabric characteristics, combined with this part of the research results and convex effects on current distribution characteristics, puts forward the structure of double needle + double PCB plate, the simulation results show that this package structure can greatly improve the consistency of the parallel IGBT chip opened the transient current. Based on the analysis of the IGBT tail off stage, the effect of space charge carrier through the space charge region caused by the voltage on the space charge region method is proposed using the small signal characteristics of current relationship, reveals the PETT oscillation and package parasitic inductance, the relationship between the test voltage. Through theoretical analysis, put forward the method of suppression of PETT oscillation, the experimental results verify the validity of the method. At last crimping type IGBT devices, the proposed method is applied to high power, successful suppression devices in PETT oscillation off tailing phase, improve device reliability, as a This study laid the foundation for developing devices with larger current level. In this paper, the research on transient current characteristics of parallel IGBT chips has promoted the understanding of transient current sharing characteristics and high-frequency tailing oscillation of parallel IGBT chips, which can provide references for the development of devices with higher current level.

【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN322.8

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本文編號(hào)：1449708