高压大功率IGBT应用于机车变流器工作特性测试研究

2019-04-14 12:56:45 Westpac Electronics
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1 引言
现代电力机车、动车组和城轨列车的牵引变流
器都是以功率半导体器件作为主开关器件。 绝缘栅
双极型晶体管(
IGBT)已经成为现代轨道交通车辆
牵引变流器和辅助变流器的主流核心器件
[1,2]
牵引变流系统所用的
IGBT 器件较其他工业应
用有着更高的要求,主要体现在: ①功率密度高,
要在机车车辆有限空间内发挥最大的牵引功率; ②
反并联二极管容量大,要实现列车电制动并回收制
动能量; ③应用环境恶劣,车载变流器在温度、震
动、冲击、湿度、灰尘等多方面要求更加严格; ④
特殊的载荷性质,机车车辆在速度和力矩控制上考
虑因素较多,运行环境变量较大,变流器载荷特性
比工业变流器有更多特殊要求
[3,4]。世界主要牵引变
流器厂家:西门子、阿尔斯通、通用电气、三菱、
东芝等, 它们都有紧密的
IGBT 制造企业或部门与
之配套,以此占据高压大电流
IGBT 器件研发的制
高点。中国
IGBT 器件产业发展迅速,涌现出嘉兴
斯达、 华虹
NEC、 无锡凤凰、 深圳比亚迪、 株洲电
力机车研究所等众多厂家。多种规格的国产
IGBT
也开始在不同领域得到应用[5,6]
本研究对三个厂家生产的标称规格一致的
IGBT 进行对比测试分析,从结构工艺、 电气参数
特性和应用特性方面进行了分析比对。测试了
IGBT
的静态参数、动态参数和短路特性,对 IGBT 模块
的芯片布局、 内部联接和封装工艺进行了对比。着
重考察了一款
IGBT 的工作特性,并以此款 IGBT
替换 HXD2F 机车原有功率模块,在实际机车变流
器系统中对
IGBT 的应用特性进行测试,评估该型
IGBT 在机车牵引变流器系统中应用的可能性。
2 IGBT 电气模型及特性测试
IGBT 应用一般采用等效电气模型对其特性进
行仿真验证。
IGBT 静态特性反映持续导通或关断
的性能,动态特性反映
IGBT 开关瞬间工作的性能。
通常
IGBT 模块应用环境与器件厂家的测试环境有
很大不同,测试实际特性参数有利于更好发挥模块
的效能。
2.1 IGBT 电气模型
集电极
门极 发射极
门极
发射极
集电极
1 IGBT 结构图与等效电路
Fig.1 Schematics of IGBT structure and equivalent circuits

0755-88267606 00852-2763 5991 021-5489 1460