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作者：贺明壮桂林电子科技大学

学位级别：硕士

随着碳化硅功率器件朝着大功率和高集成度的方向发展,传统封装结构已经逐渐无法满足其性能需求,层叠DBC(Direct Bonding Copper)混合封装结构以寄生电感低、稳定性良好的特点为碳化硅功率器件的封装提供了新方案。然而层叠DBC混合封装... 详细信息

随着碳化硅功率器件朝着大功率和高集成度的方向发展,传统封装结构已经逐渐无法满足其性能需求,层叠DBC(Direct Bonding Copper)混合封装结构以寄生电感低、稳定性良好的特点为碳化硅功率器件的封装提供了新方案。然而层叠DBC混合封装结构依旧存在着散热性能不理想、回路寄生电感优化不彻底的情况。针对以上两方面问题,进一步优化层叠DBC混合封装结构的散热性能和寄生电感具有重要意义。本文以层叠DBC混合封装结构为研究对象,从封装结构和封装材料这两方面进行分析,研究层叠DBC混合封装结构的散热性能和低寄生电感的优化方案,具体研究结果如下:(1)对层叠DBC混合功率模块进行热力特性的优化。首先基于互感相消的原理,设计层叠DBC混合封装结构。然后对封装结构进行建模,进行热-力耦合仿真分析,研究DBC基板和焊料层等因素对封装结构的热力特性的影响,从热力特性角度综合分析得到封装结构参数和材料参数。最后为了验证功率芯片在结构中的布局对整体散热性能的影响,设计两组实验样品,通过实验对样品温度进行对比为,实验结果表明当芯片位于下层DBC上时,热阻相对较小,功率模块的散热效果更好。(2)在原有层叠DBC混合封装结构上,提出一种新的DBC+IBP层叠混合封装结构,进一步优化混合封装结构的散热效果。在新的方案中采用集成基板(Integrated Base Plate,IBP)替代原有结构的下层DBC基板、焊料层2和散热基板。经过优化之后的结构,从功率芯片和散热器之间的热界面层数从7层减少到5层。结果表明,优化后结构的热阻可以大大降低,层叠DBC混合封装结构芯片结温和最大热应力得到改善。(3)对混合功率模块的回路寄生电感的优化。利用Ansys Q3D仿真分析了键合线结构、功率端子和DBC基板对层叠DBC混合封装结构的影响。结果表明,回路寄生电感随着键合点距离的增加而增加,随着键合线直径和每颗芯片上键合线数量的增加而减小;正负功率端子间距越大,由端子引入的寄生电感也随着增大;DBC基板的宽度和通孔直径的增加会导致模块的寄生电感的减小,而DBC基板的长度与陶瓷层厚度的增加会导致模块寄生电感的增加。最后综合考虑散热性能和低寄生电感的要求,得到模块的最佳设计参数。本文的研究成果能够为实现碳化硅功率器件高效散热和低寄生电感提供一种切实可行的设计方案,为碳化硅功率器件的优化提供一种有效的分析方法。

关键词：碳化硅功率器件封装混合封装结构热设计寄生电感

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IGBT模块结温测量及电磁干扰研究

IGBT模块结温测量及电磁干扰研究

作者：张江勇天津理工大学

学位级别：硕士

电力电子系统具有很高的能量转换效率和可控性,已广泛应用于航空航天、工业自动化、交通运输、可再生能源发电等领域。由于工况复杂,工作环境恶劣,电力电子系统对可靠性的要求很高。功率器件是电力电子系统的关键单元,其安全性和可靠性... 详细信息

电力电子系统具有很高的能量转换效率和可控性,已广泛应用于航空航天、工业自动化、交通运输、可再生能源发电等领域。由于工况复杂,工作环境恶劣,电力电子系统对可靠性的要求很高。功率器件是电力电子系统的关键单元,其安全性和可靠性决定着整个系统是否高效运行,能源是否充分利用。结温同功率器件的可靠性密切相关。通过测量结温对功率器件的状态进行评估,是目前比较常用的方法。由于电力电子系统在高频、高压等苛刻条件下的应用,功率器件产生的电磁干扰问题也不容忽视。为提高功率器件的可靠性和安全性,对功率器件电磁干扰问题的研究也必不可少。IGBT是一种应用广泛的功率器件,所以本文以IGBT模块为研究对象,主要从IGBT结温测量和电磁干扰两个方面开展研究,具体研究内容如下:1.分析IGBT热特性对可靠性的影响。首先分析了IGBT芯片的工作原理及特性,研究IGBT功率损耗与结温的关系,分析IGBT开关过程中功率损耗计算的一般方法。在研究IGBT模块的基本结构的基础上,对其热传递进行分析,阐述了引发失效的因素。指出结温波动是引发焊料层疲劳老化以及键合线脱落的主要诱因。2.提出了一种基于动态热敏电参数的结温测量方法。分析了IGBT模块封装结构中辅助发射极和功率发射极之间的寄生参数,对寄生参数进行提取,仿真寄生参数对开关过程的影响。分析关断过程中电参数的变化,明确V的形成过程。详细分析了关断过程中V随结温的变化,V随集电极电流的变化。搭建实验平台对IGBT模块进行离线测试实验,并得到基于V的IGBT模块结温预测模型。通过实验与分析,验证模型可行有效,结温测量精度较高。3.探究IGBT模块结温变化下的电磁干扰。首先分析了电力电子系统中电磁干扰的产生机理与传导电磁干扰的测量方法。然后分析了结温升高对IGBT开关过程的影响,进行了IGBT工作暂态的频域分析。最后搭建实验平台,测量IGBT结温变化下的电磁干扰,得到IGBT的结温与电磁干扰的关系。

关键词： IGBT模块可靠性寄生电感结温测量电磁干扰

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硅基氮化镓射频器件封装工艺的研究

硅基氮化镓射频器件封装工艺的研究

作者：唐哲恺华南理工大学

学位级别：硕士

GaN射频器件具有卓越的频率与功率特性,在射频功率器件领域正得到越来越广泛的应用,是目前半导体行业的研究热点。随着应用需求的升级,GaN射频器件的功率密度越来越大,器件沟道温度显著上升,对封装散热提出了挑战,同时封装寄生电感也是... 详细信息

GaN射频器件具有卓越的频率与功率特性,在射频功率器件领域正得到越来越广泛的应用,是目前半导体行业的研究热点。随着应用需求的升级,GaN射频器件的功率密度越来越大,器件沟道温度显著上升,对封装散热提出了挑战,同时封装寄生电感也是高工作频率的射频器件需要解决的问题。本文对GaN射频器件封装的散热和寄生电感问题进行了研究,主要工作内容如下:(1)针对一种Sub-6GHz频段的硅基GaN射频器件设计了QF051金属陶瓷封装和DFN塑料封装方案,根据器件实际结构建立了简化热仿真模型,通过Ansys Icepak软件分析了多栅指结构GaN射频器件的温度分布特性,探讨了不同封装材料、不同粘片银浆和不同衬底厚度对器件散热的影响。仿真结果表明,中央栅指是器件峰值温度区域,其余栅指温度随着边缘方向而逐渐降低,金属陶瓷封装比塑料封装散热效果强,粘片银浆热导率和衬底厚度会影响器件工作温度。(2)通过Ansys Q3D软件研究了封装引线的线径、跨距和拱高对其寄生参数的影响,提出了一种源极寄生参数优化方法,优化了金属陶瓷封装方案的引线结构,提取了金属陶瓷封装管壳引脚和优化前后引线的寄生参数。仿真结果证明了优化方法的可行性,源极引线的寄生电阻降低了49.2%,寄生电感降低了70.7%,寄生电容降低了43.5%。(3)实现了GaN射频器件的封装和测试,使用的封装结构和封装工艺可靠性强,成本低,易于实现。温度、输出特性和转移特性测试结果验证了金属陶瓷封装的散热优势。频率特性测试结果验证了寄生电感优化的有效性,优化后器件的增益和漏极效率均得到提升。经负载牵引测试,使用金属陶瓷封装增强散热并优化寄生电感的GaN射频器件在3.5 GHz频率下的线性增益为15.1 d B,饱和输出功率可达38.8 d Bm(7.5 W),此时漏极效率为49.5%,功率密度为3 W/mm。

关键词： GaN 封装材料 Ansys仿真散热寄生电感

基于氮化镓器件的DC-DC变换器分析与设计

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基于氮化镓器件的DC-DC变换器分析与设计

作者：陈泓宇南京邮电大学

学位级别：硕士

基于Si半导体材料的功率器件在性能上已经很难提升,而基于宽禁带半导体材料能够有效提升器件的性能,对新型宽禁带半导体器件的研究成为了当前的热点。基于新型宽禁带半导体氮化镓器件在高频、低损耗、高温、大规模集成等方面具备传统Si... 详细信息

基于Si半导体材料的功率器件在性能上已经很难提升,而基于宽禁带半导体材料能够有效提升器件的性能,对新型宽禁带半导体器件的研究成为了当前的热点。基于新型宽禁带半导体氮化镓器件在高频、低损耗、高温、大规模集成等方面具备传统Si半导体器件所不可替代的优点,在DC/DC变换器、逆变器、电机驱动器等领域得到了广泛的关注和应用。随着氮化镓器件开关速率的提高,线路中寄生参数对氮化镓器件的开关过程的影响越来越明显,过大的寄生参数会抑制氮化镓器件的开关性能,无法展现其优良的特性与优势。为了研究寄生参数对开关特性的影响,首先详细分析了氮化镓器件的开关过程,在LTspice中搭建了双脉冲测试电路,通过仿真分析各部分寄生参数对氮化镓器件开关特性的影响,明确了不同寄生参数影响的规律,从而指导基于氮化镓器件在硬件电路PCB设计中的布局。然后,本文基于GaN HEMT在DC-DC变换器中的死区时间设置问题进行研究。由于GaN HEMT在反向导通过程时存在较大的压降,在高频开关过程中,死区时间引起的反向导通损耗会显著的影响变换器的效率。为了优化变换器的死区时间,本文以同步Buck变换器为例,详细分析了死区时间内GaN HEMT的开关过程,根据不同负载电流条件下死区时间的取值进行分析,提出了一种优化的死区时间设置方法。同时建立了非理想变换器的连续时间模型,采用脉冲响应不变法对连续时间模型离散化得到离散时间模型,并采用频域法分析了不同模型之间的差异。同时,进一步对高频开关下的数字控制环路进行设计,介绍了高分辨率DPWM的实现方法,通过分析不同DPWM调制方法的特点,提出了一种混合调制方法的控制策略,根据系统的运行状态切换调制方式,既能提高系统输出电压精度,又能提高系统的动态特性。借助于双线性变换方法对数字补偿器设计,并给出了具体的设计流程。最后详细的讨论了硬件电路设计过程,并成功研制了一台基于氮化镓器件GS66508T的480W的同步Buck变换器,开关频率为500kHz,验证了电路设计和控制策略的合理性。采用优化后的死区时间使得变换器的效率提高了1.3%,最高效率可达94.8%。采用切换调制方式的控制策略提升了系统的动态性能,负载瞬态响应速度更快,验证了控制策略的合理性和有效性。

关键词：氮化镓器件同步Buck变换器寄生电感死区时间数字PWM(DPWM) 数字补偿器

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变换器有源集成封装技术的研究与优化

变换器有源集成封装技术的研究与优化

作者：郭莎莎哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文所研究的变换器有源集成封装技术,摒弃传统的引线键合,采用金属化沉积的方法实现互连,减少寄生电感,降低了开关损耗和电应力;同时采用三维封装结构通过双面散热来提高模块的散热性能,进而减少包含散热器在内的有源功率部分体积。从... 详细信息

本文所研究的变换器有源集成封装技术,摒弃传统的引线键合,采用金属化沉积的方法实现互连,减少寄生电感,降低了开关损耗和电应力;同时采用三维封装结构通过双面散热来提高模块的散热性能,进而减少包含散热器在内的有源功率部分体积。从而实现电力电子系统的高功率密度、高效率,是除器件本体之外电力电子技术发展的又一巨大推动力。本文首先研究了包含寄生参数在内的开关损耗和电应力的精确数学模型,举例计算,并通过Saber仿真验证了模型的正确性。基于所建立的数学模型,推导出各寄生电感与开关损耗和电应力的量化关系。得出共源极寄生电感主要影响开关损耗,漏极电感主要影响电应力的结论,从而为有源封装技术可以提高变换器电气性能提供了理论依据。其次针对现有的嵌入式三维有源集成封装技术进行研究,探索原有封装工艺在产业化过程中存在的问题,并进行改进,从而实现产品化。同时,本文对封装对象进行了论证,最后选择以功率变换单元为封装对象,最大程度地减少了系统的寄生电感,并减少了功率回路面积,有利于系统的EMC性能。然后本文分析了有源集成封装模块的各种失效模式,重点分析了模块耐压、热循环等关键性能的影响因素。研究出一套有源集成封装设计和优化的方法,提高了集成封装模块的可靠性。最后本文通过实验,验证有源器件的开关损耗和电应力的数学模型。

关键词：有源集成封装开关损耗和电应力的数学建模寄生电感失效分析

基于响应面和粒子群算法的并联SiC MOSFET芯片均流研究

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基于响应面和粒子群算法的并联SiC MOSFET芯片均流研究

作者：吴平山东大学

学位级别：硕士

大功率电力电子器件是电动汽车逆变器的核心部件,极大地影响着电动汽车的动力性能和续航里程。基于第三代半导体材料SiC的功率半导体器件具有低导通电阻、高工作电压、高开关频率和高工作温度的优点,能显著提高电力电子系统的效率和功... 详细信息

大功率电力电子器件是电动汽车逆变器的核心部件,极大地影响着电动汽车的动力性能和续航里程。基于第三代半导体材料SiC的功率半导体器件具有低导通电阻、高工作电压、高开关频率和高工作温度的优点,能显著提高电力电子系统的效率和功率密度,简化冷却系统机构和缩小装置体积,可以有效助力高性能车用电驱动系统开发。受制于SiC衬底的缺陷和芯片制造工艺,商用单颗SiC MOSFET芯片电流等级多为100A以下,为了满足电动汽车大功率驱动系统的使用需求,将多颗SiC MOSFET芯片并联封装为一个功率模块是目前主流的解决方案。因为芯片布局不对称会引起芯片间电流不均匀,这会导致SiC MOSFET芯片和功率模块出现过电压、过电流、高温甚至损坏的情况。因此,研究SiC功率模块内部并联多颗芯片的均流影响因素和均流优化方法对提高SiC功率模块的性能和可靠性有重要意义。本文针对高性能多芯片并联大功率SiC功率模块的研究需求,系统分析了并联芯片的均流影响因素并提出优化方案提高了均流效果。首先,分析了均流影响因素。建立三颗SiC MOSFET芯片并联电路模型,结合理论和仿真分析,系统地研究了芯片栅极在开尔文连接和共源极连接时封装寄生电感对三颗芯片并联均流的影响,并揭示了两种连接方式下源极电感对均流的作用机制,为后文的均流优化奠定了基础。接着,研究了寄生电感的计算方法。基于本文设计的SiC功率模块,在计及DBC公共电感耦合效应时计算了三条并联支路的等效源极寄生电感,电流仿真结果显示并联芯片的等效源极电感差异会引起严重的电流不均匀现象;使用响应面法分析了键合线和DBC封装设计参数对寄生电感的影响规律,并获得了寄生电感的计算模型。然后,提出了优化方案消除寄生电感差异。基于等效源极寄生电感计算模型,理论分析了均流的优化方向并提出了一个新的优化效果评价指标,该指标可实现并联支路的源极寄生电感平均值和差值的同时优化;在只调整键合线长度方案的基础上,提出了一种同时优化键合线长度和DBC布局的方法来更好地均衡电感,使用响应面法和粒子群优化算法获得了两种优化方案的最优设计,并对比了两个方案的寄生电感改善效果。最后是优化验证。首先通过Ltspice双脉冲仿真对比了两种优化方案的均流改善效果;设计制造了三款实验样品,通过测量样品的寄生电感验证了本文提出的评价指标和优化方案具有更好的寄生电感和均流优化效果。

关键词： SiC MOSFET 功率模块寄生电感并联均流响应面分析粒子群算法

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IGCT驱动电路板的优化设计与实现

IGCT驱动电路板的优化设计与实现

作者：马航西安理工大学

学位级别：硕士

集成门极换流晶闸管(Integrated Gate Commutated Thyristor,IGCT)是一种将门极换流晶闸管(GCT)及其驱动电路通过印制电路板(PCB)集成在一起而形成的新型电力电子器件。具有晶体管的可靠关断性能和晶闸管导通压降低的特点,在高电压和大... 详细信息

集成门极换流晶闸管(Integrated Gate Commutated Thyristor,IGCT)是一种将门极换流晶闸管(GCT)及其驱动电路通过印制电路板(PCB)集成在一起而形成的新型电力电子器件。具有晶体管的可靠关断性能和晶闸管导通压降低的特点,在高电压和大电流的变流领域具有广阔的应用。由于IGCT采用了“硬驱动”电路,而PCB作为GCT与驱动器连接的载体,其布局会对IGCT硬驱动的效果产生直接影响。本文针对6kA/4.5kV的IGCT,从减小驱动板寄生电感与提高散热能力两个角度来进行研究。主要研究内容和结论如下:***门极开关电路的设计与仿真。分析了 IGCT门极开关电路的原理,并根据开通和关断时的电流脉冲指标要求,对电路的主要元件进行选型。采用Cadence软件对开通和关断电路进行仿真验证。2.驱动电路PCB的设计与寄生参数提取。根据关断电路的设计指标,需将电感控制在3.3nH以下。分析了 PCB中寄生电感的影响因素,确定PCB板的设计方案。采用Altium Designer软件对开关电路PCB进行环绕型与通用型两种布局设计,在ANSYS Q3D软件中对两种布局的寄生电感进行仿真和提取,关断电路寄生电感为1.16nH,满足设计要求。3.驱动电路PCB的热仿真与分析。对PCB上主要器件的功耗进行估算,使用Solidworks软件对环绕型PCB驱动板进行模型简化,利用Icepak软件对驱动电路PCB进行热仿真。得到PCB的温度分布,其中GCT、MOSFET和电容的温度依次为85℃、70℃和55℃;与采用塑封MOS的PCB相比,采用DirectFET-MOS可使驱动板上MOS管处温度下降11.4%。4.实验验证及结果分析。对设计的环绕型驱动板进行制板,测得关断电流上升率为1 5.6kA/μs,计算得到PCB板关断回路的寄生电感为1.25nH。与普通塑封MOSFET相比,本文采用DirectFET封装的MOSFET,实测关断回路门极电流上升率提高了 23%,数量减少50%。这说明本文采用DirectFET设计的IGCT驱动板,在性能和体积上均有优势。本课题的研究成果对IGCT驱动器的设计与开发具有一定的参考价值。

关键词：集成门极换流晶闸管驱动器印制电路板寄生电感热分析

基于GaN-FET的IGCT驱动器开关电路研究

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基于GaN-FET的IGCT驱动器开关电路研究

作者：高旭明西安理工大学

学位级别：硕士

集成门极换流晶闸管(IGCT)具有导通损耗低、阻断电压高、成本低和可靠性高等优点,已经在模块化多电平变流器、电能传输和风力发电等高电压和大电流场合应用。为了提升其关断能力,需要对其关断回路的杂散阻抗进行严格控制。本文以4500V/6... 详细信息

集成门极换流晶闸管(IGCT)具有导通损耗低、阻断电压高、成本低和可靠性高等优点,已经在模块化多电平变流器、电能传输和风力发电等高电压和大电流场合应用。为了提升其关断能力,需要对其关断回路的杂散阻抗进行严格控制。本文以4500V/6000A IGCT驱动器为研究对象,通过GaN-FFT多管并联、陶瓷电容与电解电容组合及PCB布局优化,将关断回路的杂散阻抗限制在极低水平,完成了以Si-MOSFET和GaN-FET为开关的IGCT驱动PCB板设计和实验验证。主要研究内容和结论如下:首先,门极开通与关断电路仿真。根据4500V/6000A IGCT技术指标,利用Cadence16.6-Pspice对IGCT门极开通和关断电路进行分析与设计,并对相关元器件进行选型。采用GCT的等效M-2T-3R电路模型,对所设计的开关电路进行仿真。结果表明,与Si-MOSFET关断电路相比,采用GaN-FET的关断电路获得的门极电流脉冲的幅值和上升率分别提高了 19.6%和19.5%。其次,GaN-FET的多管并联均流问题研究。分析了影响GaN-FET并联均流的敏感参数,为了实现多管并联时的电流均衡,要求各管中电流不均衡度限制在10%以内。利用LTspice软件对GaN-FET动态特性及多管均流特性进行仿真。结果表明,当源极电感差异控制在0.01nH以内、漏极电感差异控制在2nH以内、栅极电感差异不超过0.63nH时可以满足均流特性的要求,为后续PCB布局提供了依据。最后,门极驱动PCB板的实验验证。基于以上理论和仿真分析,设计并研制出采用GaN-FET和Si-MOSFET的两版IGCT驱动PCB板,搭建了实验电路,进行了测试和对比分析。结果表明,与Si-MOSFET驱动板相比,GaN-FET驱动板关断电路的寄生电感由1.67nH降低到0.9nH(减小了 46.1%),使关断电流脉冲幅值和上升率分别提高了 12.5%和83.3%。可见,采用GaN-FET替换IGCT关断回路中的Si-MOSFET,可以显著提升驱动器的性能。

关键词：集成门极换流晶闸管寄生电感均流印刷电路板

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新型功率整流模组封装结构设计与工艺实现

新型功率整流模组封装结构设计与工艺实现

作者：高永杰桂林电子科技大学

学位级别：硕士

功率整流模组作为工业大功率电源的核心元器件,主要功能是实现AC-DC的转化,为工业设备提供稳定、高质量电压。现有功率整流模组(或整流堆)封装结构复杂、电热力性能不理想,急需结合新型工艺方法尝试设计一种新型功率整流模组封装结构。... 详细信息

功率整流模组作为工业大功率电源的核心元器件,主要功能是实现AC-DC的转化,为工业设备提供稳定、高质量电压。现有功率整流模组(或整流堆)封装结构复杂、电热力性能不理想,急需结合新型工艺方法尝试设计一种新型功率整流模组封装结构。本课题针对传统功率整流模组典型失效形式和痛点设计了一种新型封装结构,通过有限元仿真技术分析新型封装结构的电热力相关性能,并设计其工艺流程,实现新型功率整流模组的制造、测试验证分析。课题研究内容及主要结论如下:(1)研究传统功率整流模组典型失效形式;建立传统功率整流模组电-热-力多物理场耦合模型;分析典型失效位置、失效形式及失效原因;然后分析传统封装结构在工艺流程和制造成本上的痛点。结果表明:传统封装结构散热能力差、芯片受力复杂,焊层边角位置在热应力作用下易出现开裂、分层,芯片在受到热应力、端子扭矩和定位螺钉轴向力的联合作用下易发生撕裂。最后归纳了传统封装结构存在工艺流程复杂,自动化程度低,制造成本高等痛点。(2)新型封装结构设计与性能仿真分析。针对传统功率整流模组的典型失效形式和痛点,设计出新型封装结构;建立了新型功率整流模组的电-热-力多物理场耦合模型和Q3D电磁场模型;结果表明:新型的功率整流模组提供更优异的热力性能。有限元仿真显示新型功率整流模组在导通时,芯片的温度和应力比传统功率整流模组芯片温度和应力分别降低了4.83%和24.19%;电学性能方面,新型功率整流模组寄生电感比传统功率整流模组的略高0.67n H,但具有优异的电学性能。(3)仿真研究封装工艺对功率整流模组性能的影响。基于新型功率整流模组的核心键合工艺:焊接工艺和引线键合工艺,通过有限元仿真探索焊接位置和键合线线径、根数的搭配等因素对新型功率整流模组性能的影响。研究表明在固定DBC位置的情况下,缩短芯片距离DBC基板的距离,可有效降低芯片的温度和应力,并有效降低模组的寄生电感;引线键合工艺中,使用大线径、多根键合线并联键合方式,也能有效降低芯片的温度、应力,并能降低整体封装寄生电感。(4)设计新型功率整流模组的实际制造工艺流程。选择封装材料,实现制造、打样,并测试分析样品电性能。结果表明:实际试样,能有效通过设计的工艺过程实现制造。实现的新型功率整流模组击穿电压高达115V,在工况下正向电压为0.61-0.62V,具备耐压高、功耗低等优异电热性能。本文设计、开发一款新型功率整流模组,研究成果对功率整流模组产品的设计、工艺实现、工程化应用具有很好的指导意义。

关键词：功率整流模组封装结构工艺多物理场耦合寄生电感

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IGBT高频谐振逆变控制研究

IGBT高频谐振逆变控制研究

作者：沈争浙江大学

学位级别：硕士

本文以高频IGBT并联逆变感应加热电源为研究对象,首先介绍了感应加热的发展现状和趋势,分析了目前常用的感应加热电源的拓扑结构并做出比较,确定了并联逆变谐振方案。在逆变电路里选择IGBT作为开关器件,详细介绍了IGBT的结构原理,特性... 详细信息

本文以高频IGBT并联逆变感应加热电源为研究对象,首先介绍了感应加热的发展现状和趋势,分析了目前常用的感应加热电源的拓扑结构并做出比较,确定了并联逆变谐振方案。在逆变电路里选择IGBT作为开关器件,详细介绍了IGBT的结构原理,特性和开关过程,确定了驱动方案。分析了逆变器不同的工作状态,针对感应加热电源并联扩容方式,提出了分时控制的方式,详细阐述了分时控制的工作过程,分析了其特点,并结合实际,设计出逆变控制电路。对高频下主电路的工作过程做作出分析,介绍了高频下各种元件的模型,阐述了电路寄生参数对电源工作过程的影响,提出一些改善分布电感的方法。并根据分析和实验结果,确定了部件级并联的方案。完成了整机的设计和调试,运用热测量的方式比较了分时控制和传统并行控制下的IGBT开关损耗,验证了理论分析得出的分时控制的优点,在高频大功率下,依据频率和功率的不同,能降低开关损耗10%～30%左右。

关键词：并联谐振分时控制 IGBT 并联扩容寄生电感损耗测量