考虑IGBT并联的大容量脉冲工作式逆变器关键技术研究

According to the design requirements of high power pulsed inverter for the electromagnetic launch system，this project proposes the device parallel design under extreme operating conditions to meet the for high-current demand. Based on the field circuit coupled analysis and design approach, the performance optimization of parallel devices’ currents of the main circuit will be achieved. This project will set up the control model of IGBT and study the gate control strategy to realize the adaptive closed-loop current sharing of devices in parallel. On the basis of the above achievements, the realization of full digital control algorithms will be carried out to validate the proposed theory through simulation and experiments. The project will break through the limitations of traditional large capacity inverter design, and provide a new idea for the application of devices in parallel. The research results can not only meet the urgent need of pulse power conversion, but also be applied to the new energy generation and rail transportation’s large-capacity converter.

本项目针对电磁发射用大容量脉冲工作式逆变器的设计要求，提出适用于极端工作条件下的器件并联设计，适应装置对大电流的需求；提出基于器件模型的主回路场路耦合分析设计方法，实现并联器件均流的性能优化；建立IGBT器件的控制模型，研究通过门极控制实现对器件并联均流的自适应闭环控制策略；在此基础上，实现全数字控制算法，通过仿真和试验对提出的理论进行验证。该项目将突破传统大容量逆变器设计的局限性，为器件并联的应用提供一种新思路，不仅可以满足脉冲功率电能变换的迫切需要，还可以推广应用于新能源发电及轨道交通等大容量变频驱动场合。

随着电力电子装置电能处理能力的不断增长，单个器件已经无法满足其容量需求，采用器件并联的方式是提高装置输出电流等级的有效手段，是拓展电能变换容量的必经之路。但伴随着并联规模的增加，同时也带来了并联电流均衡等问题。.本项目分析了影响IGBT模块动、静态均流的因素，提出了辅助发射极—发射极电压测量法实现对并联IGBT模块均流信息的实时检测，确定均流检测单元的设计方案；提出了通过闭环门极延时补偿的方法抑制并联IGBT环流的方法，搭建了并联IGBT功率单元闭环延时补偿联合仿真系统，通过仿真结果验证了该方法的有效性。. 针对复合母排在各种开关状态下电流不均现象进行仿真，并设计了一种原尺寸1/4的PCB复合母排，试验比对仿真，验证其结果的正确性；提出了通过母排开槽来改善母排电流不均的方法，通过仿真结果验证该方法的有效型。.建立了基于主从控制策略的1+N型逆变器并联系统的模型，完成了3台逆变器并联的同步输出；分析了并联逆变器输出阻抗差异和脉冲延时对并联输出电流不均度的影响，提出了通过PWM脉冲延时补偿来抑制环流的方法，并结合半实物仿真试验验证该方法的可行性；针对主从控制策略数据信息都来自主机的特点，提出了双环网和单换网自动主从切换两种冗余控制策略，实现了故障状态下的脉冲输出。