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宽禁带半导体器件开关振荡研究综述

中国电机工程学报 2024年第6期44卷 2386-2407,I0026页

作者：孙帅林仲康唐新灵魏晓光赵志斌北京智慧能源研究院北京市昌平区102209 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

宽禁带半导体器件具有高频、高效率、高功率密度等优点。然而,低寄生电容、低阈值电压和快速开关等特性也使它们更容易受到开关振荡的影响。该文综述开关振荡的类型、产生机理、敏感参数以及抑制方法。首先,依据波形特征将振荡分为阻尼... 详细信息

宽禁带半导体器件具有高频、高效率、高功率密度等优点。然而,低寄生电容、低阈值电压和快速开关等特性也使它们更容易受到开关振荡的影响。该文综述开关振荡的类型、产生机理、敏感参数以及抑制方法。首先,依据波形特征将振荡分为阻尼振荡及自持振荡两类;其次,建立开关振荡分析模型,包括器件模型和开关电路模型,依托该模型研究两种振荡的机理、敏感参数以及各敏感参数对振荡特性的影响规律;再次,分析两类开关振荡的差异性和关联性;最后,总结抑制开关振荡的主要方法,并对各种方法的优缺点进行比较分析。对前人研究成果进行总结和延伸,期望帮助研究人员更好地将宽禁带器件应用于高频高功率变换工况。

关键词：宽禁带半导体振荡阻尼振荡自持振荡反馈负电阻

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可控电流源型换流器IGCT串联均压技术

中国电机工程学报 2024年第12期44卷 4859-4868,I0021页

作者：陈龙龙汤广福魏晓光王以璇崔翔高冲张闻闻先进输电技术国家重点实验室(国网智能电网研究院有限公司) 北京市昌平区102209 怀柔实验室北京市怀柔区101400 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

高压大功率逆阻型集成门极换流晶闸管(integrated gate commutation thyristor,IGCT)串联是可控电流源型换流器的关键技术之一,主要面临开通和关断不一致将会引起击穿的问题,目前尚缺乏深入研究和实验测试。该文首先分析可控电流源型换... 详细信息

高压大功率逆阻型集成门极换流晶闸管(integrated gate commutation thyristor,IGCT)串联是可控电流源型换流器的关键技术之一,主要面临开通和关断不一致将会引起击穿的问题,目前尚缺乏深入研究和实验测试。该文首先分析可控电流源型换流器均压问题产生的原因,提出串联器件均压电路。接着,对开通不一致影响因素进行分析,给出IGCT使用电压和保护电压的配合关系,以确保开通过程器件安全。然后,对IGCT的自然和主动关断2种特殊关断过程影响因素进行分析,给出缓冲电路参数选择方法。最后,研制8级串联的IGCT模块样机,搭建实验平台进行测试。结果表明,所提方法能够有效抑制IGCT关断电压过冲,均压不一致性控制在8%以内。

关键词：电流源型换流器均压特性静态均压开通一致性关断一致性

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功率器件封装结构热设计综述

中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2748-2773,I0020页

作者：王磊魏晓光唐新灵林仲康赵志斌李学宝北京智慧能源研究院北京市昌平区102209 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

半导体技术的进步使得芯片的尺寸得以不断缩小,倒逼着封装技术的发展和进步,也由此产生了各种各样的封装形式。当前功率器件的设计和发展具有低电感、高散热和高绝缘能力的属性特征,器件封装上呈现出模块化、多功能化和体积紧凑化的发... 详细信息

半导体技术的进步使得芯片的尺寸得以不断缩小,倒逼着封装技术的发展和进步,也由此产生了各种各样的封装形式。当前功率器件的设计和发展具有低电感、高散热和高绝缘能力的属性特征,器件封装上呈现出模块化、多功能化和体积紧凑化的发展趋势。为实现封装器件低电感设计,器件封装结构更加紧凑,而芯片电压等级和封装模块的功率密度持续提高,给封装绝缘和器件散热带来挑战。在有限的封装空间内,如何把芯片的耗散热及时高效地释放到外界环境中以降低芯片结温及器件内部各封装材料的工作温度,已成为当前功率器件封装设计阶段需要考虑的重要问题之一。该文聚焦于功率器件封装结构的散热方面,针对功率半导体器件在散热路径方面的结构设计进行归纳总结。通过对国内外功率器件封装结构设计的综述,梳理功率器件封装结构设计过程中在散热方面的考虑及封装散热特点,并根据功率器件散热特点对功率器件封装结构类型进行分类。最后,基于降低封装结构散热热阻、提高器件散热能力的目的,从高导热封装材料和连接工艺、芯片面接触连接、增加散热路径以及缩短散热路程4个方面对功率器件封装结构设计在散热方面未来的发展趋势进行展望。

关键词：功率器件封装结构散热路径

质子注入缓冲层结构的高压FS-IGBT动态坚固性研究

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中国电机工程学报 2024年第5期44卷 1924-1931,I0022页

作者：魏晓光聂瑞芬金锐王耀华李立田宝华王松华北京智慧能源研究院北京市昌平区102200

具有多重质子注入(multiple proton injection,MPI)缓冲层结构的FS-IGBT,相比传统磷注入缓冲层结构的同类型器件,其动态坚固性发生了改变。通过对MPI缓冲层结构的FS-IGBT的短路特性研究发现,MPI缓冲层的峰数越多,抗短路热失效能力越强,... 详细信息

具有多重质子注入(multiple proton injection,MPI)缓冲层结构的FS-IGBT,相比传统磷注入缓冲层结构的同类型器件,其动态坚固性发生了改变。通过对MPI缓冲层结构的FS-IGBT的短路特性研究发现,MPI缓冲层的峰数越多,抗短路热失效能力越强,但是峰数太多,可能会引起IGBT在短路时的栅极电压振荡,造成器件失效。这与IGBT在短路大电流下的Kirk效应有关。Kirk效应造成短路时IGBT栅电极下电场降低,电子运动速率减小,进而栅电极下累积的电子造成栅极输入电容的改变,引起栅电压振荡。此外,实验发现,MPI缓冲层峰的氢相关施主(hydrogen-related donors,HDs)浓度不仅与注入剂量和激活温度有关,还与注入次数有关,具体表现为注入次数多,辐射损伤多,HDs浓度越高。文中研究不同MPI缓冲层结构的IGBT关断坚固性。

关键词：多重质子注入缓冲层短路坚固性振荡 Kirk效应

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基于造价管理影响指标的桥梁工程投资估算研究

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交通世界 2024年第9期 182-184页

作者：魏晓光重庆金路交通工程有限责任公司重庆402660

由于桥梁工程受到多方因素的影响,相应工程造价的估算尤为困难。鉴于此,研究利用优劣解距离法优化综合权重法对桥梁造价进行估算,过程中构建了造价管理的影响指标体系,并通过宏观因素与微观因素进行优化。数据显示,优化后方法在空心板... 详细信息

由于桥梁工程受到多方因素的影响,相应工程造价的估算尤为困难。鉴于此,研究利用优劣解距离法优化综合权重法对桥梁造价进行估算,过程中构建了造价管理的影响指标体系,并通过宏观因素与微观因素进行优化。数据显示,优化后方法在空心板梁桥与T形梁桥的造价估算中的误差分别为2.976%和2.203%;其中,研究方法的预测误差大多分布于2%~8%区间内,显著小于其他算法误差。实验证明了研究方法的有效性,具有高精度与高准确性的优越性能。

关键词：工程造价工程管理投资估算

高校高水平运动队政策导向的深度剖析与未来趋势展望

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田径 2024年第10期 45-46页

作者：魏晓光江苏师范大学

高校高水平运动队的建设是强化学校体育改革发展的“龙头”,指导其发展的一系列纲领性政策是我国学校体育改革的重要风向标,研究高校高水平运动队的建设历程与发展路径,有助于更好地把握我国学校体育改革发展的脉络。

关键词：高校高水平运动队政策导向

压接型IGBT器件短路失效管壳爆炸特性及防护方法

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中国电机工程学报 2024年第6期44卷 2350-2361,I0023页

作者：周扬唐新灵王亮张晓伟代安琪林仲康金锐魏晓光先进输电技术国家重点实验室(北京智慧能源研究院) 北京市昌平区102209 爆炸科学与技术国家重点实验室(北京理工大学) 北京市海淀区100081

压接型绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为现有柔性直流输电设备的核心部件,在实际应用中,由于承受高电压、大电流的工作环境,容易发生短路过流失效,进而造成的结构爆炸现象。为研究这一爆炸现象的破坏效... 详细信息

压接型绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为现有柔性直流输电设备的核心部件,在实际应用中,由于承受高电压、大电流的工作环境,容易发生短路过流失效,进而造成的结构爆炸现象。为研究这一爆炸现象的破坏效应及其防护,该文结合多组模拟模块化多电平工况实验,得到IGBT器件短路过流失效爆炸后外壳结构的变形特征。结合电气能量特性的分析和实际爆炸失效形貌特点,建立该IGBT器件结构的数值仿真模型,初步确定实际爆炸过程中的等效TNT爆炸当量。在此基础上,从提高结构自身抗爆能力、增加能量外泄通道、替换结构材料等角度开展IGBT器件的结构优化设计,并进行相关试验验证。结果表明,将管壳的陶瓷材料替换为纤维增强复合材料可有效提高结构的防爆性能,降低器件的破坏程度。

关键词：压接型绝缘栅双极性晶体管器件短路失效爆炸特性防爆仿真

新一代高韧性直流输电技术(一):从器件、装备到系统

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中国电机工程学报 2024年第18期44卷 7321-7333,I0018页

作者：曾嵘赵彪余占清吴锦鹏魏晓光白睿航刘佳鹏屈鲁宋强清华大学电机工程与应用电子技术系北京市海淀区100084 北京怀柔实验室北京市怀柔区101499

构建高比例新能源、高比例电力电子化的新型电力系统迫切需要具有超强构网和主动支撑能力的新型直流输电技术。为此,文中秉承“一代器件、一代装备、一代系统”理念,提出新一代高韧性直流输电概念。增强型集成门极换流晶闸管(enhanced i... 详细信息

构建高比例新能源、高比例电力电子化的新型电力系统迫切需要具有超强构网和主动支撑能力的新型直流输电技术。为此,文中秉承“一代器件、一代装备、一代系统”理念,提出新一代高韧性直流输电概念。增强型集成门极换流晶闸管(enhanced integrated gate-commutated thyristor,IGCT-Plus)的半导体本征结构拥有超强的浪涌电流能力,将为高暂态耐受的换流器提供坚实的物理基础;新型模块化换向式换流器(modular commutated converter,MCC)拥有优异的软开关特性,将是高倍载直流输电系统的优选方案;IGCT-Plus和MCC作为核心器件和装备将支撑具有电压和频率强支撑能力的新型高韧性直流输电系统构建。文中从新型器件、新型装备到新型系统对高韧性直流输电技术进行全面论述,并对后续发展中存在的关键问题和技术进行分析和展望。提出的高韧性直流输电技术对支撑双高电力系统的安全稳定运行具有重要意义,有望成为未来电力传输中的崭新方式。

关键词：直流输电功率半导体器件门极换流晶闸管交直流换流器

混合级联换流站直流短路故障解析计算与快速限流方法

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中国电机工程学报 2024年

作者：李云丰张佳琳魏晓光孔明曹一家许杰锋电网防灾减灾全国重点实验室(长沙理工大学) 北京怀柔实验室

在高电压、大容量、远距离输电领域，混合换流器拓扑相比于单一换流器更具优势，其中为应对危害性极高的直流短路故障，换流器直流短路故障穿越能力需重点考虑。首先，本文提出了一种基于电网换相换流器(line commutated converter， L... 详细信息

在高电压、大容量、远距离输电领域，混合换流器拓扑相比于单一换流器更具优势，其中为应对危害性极高的直流短路故障，换流器直流短路故障穿越能力需重点考虑。首先，本文提出了一种基于电网换相换流器(line commutated converter， LCC)和模块化多电平换流器(modular multilevel converter， MMC) 具备直流短路故障穿越能力的混合级联拓扑及其直流短路故障限流控制方法。其次，通过分析直流短路故障期间换流器动态特性，构建分阶段状态方程数学模型，实现对直流短路故障电流进行精确解析计算。再次，选取最严重直流短路故障工况，以最大允许电流变化量作为判据并结合所提出的直流短路故障电流计算方法，给出了强制触发角参数动态优化计算机制。最后，以优化设计的强制触发角为基础提出快速限流控制策略，该策略能保证LCC在直流短路故障穿越时不发生换相失败且快速降低故障电流。

关键词：电网换相换流器模块化多电平换流器混合级联换流器直流短路故障穿越故障电流计算