电磁干扰抑制与开关损耗最优平衡的IGBT数字有源电压控制研究

Developing IGBT-based Power Electronics Building Block (PEBB) has become a hot topic of modern power electronics. Unfortunately, with a high switching speed of IGBT, the circuit becomes intrinsic sources of high-level electromagnetic interference (EMI) which hinders the development of PEBB. Effectively reducing EMI is the key issue that has to be solved for PEBB. It has ignited great research interests in power electronics. In this project, IGBT switching waveforms are proposed to be shaped into an advanced Gaussian “S”-shape by developing digital Active Voltage Control with the EMI greatly reduced at source, and more importantly to achieve the optimal trade-off between switching losses and EMI generation so as to avoid the drawbacks of traditional EMI suppression methods and reduce the mass and volume of power converters at the same time. This project well matches the development of PEBB, which has great application values as well as having great theoretical and practical meanings.

发展基于IGBT的智能电力电子模块技术已成为当前电力电子领域的热点和前沿问题。然而，高性能IGBT的高速开关动作引起的电压和电流瞬变产生了严重的EMI，极大制约了相关技术的发展与应用。有效抑制EMI是IGBT智能电力电子模块未来研究应用必须解决的关键问题，已引起国内外研究者的共同关注。为了突破IGBT智能电力电子模块的EMI难题，本项目拟通过对数字有源电压控制新方法和相关关键技术的研究，实现对IGBT的开关瞬态精确控制，使之成为平滑的高斯S形曲线，这种输出模式可从源头上抑制EMI的产生，最大限度地优化IGBT开关损耗与EMI抑制之间的平衡，突破传统EMI处理方式的缺陷，同时可以减少变换器体积和重量，对未来IGBT智能电力电子模块和相关关键技术的发展和应用具有重要的理论意义、实践意义和应用价值。

发展基于IGBT的大功率电力电子装备与系统已成为当前电气工程领域的热点和主流。然而，高性能IGBT的高速开关动作引起的电压和电流开关瞬变产生了严重的电磁干扰，极大制约了相关技术的发展与应用。有效从源头抑制电磁干扰是电力电子技术未来研究应用中重要方面之一，已引起国内外研究者的共同关注。然而IGBT 的电磁干扰产生与开关损耗之间存在固有矛盾关系，本项目实现了IGBT数字有源电压控制新方法和相关关键技术，成功实现了对IGBT的开关瞬态控制，使之成为平滑的高斯S形曲线，这种输出模式可从源头上抑制电磁干扰的产生，在现有硬件条件下相对于传统硬开关可以实现电磁干扰在高频段包裹线20dB/dec的衰减，并且通过物理模型仿真和实验探究了如何最大限度地优化IGBT开关损耗与电磁干扰产生之间平衡的方法，突破了传统电磁干扰处理方式的缺陷，可在电力电子装备与系统开发中减少电磁干扰抑制电路的体积和重量，降低开发成本和周期。本项目还研究了开环和闭环两种有源电压技术实现方式。此外，本项目研制的有源电压技术可解决IGBT大功率串联应用中静动态分压不均的难题。本项目相关成果对未来电力电子装备和系统关键技术的发展和应用具有重要的理论意义、实践意义和应用价值。