基于开关瞬态过程分析的大容量变换器杂散参数抽取方法
电快速瞬变脉冲群(EFTB)综述
电快速瞬态突发 (EFT/B) 概述在同一电源电路中，多种设备在运行过程中会产生瞬态脉冲，对设备造成干扰。
这种干扰以脉冲群的形式出现，具有脉冲上升时间短、重复率高、能量低、光谱分布等特点。
较宽等特性，相当于一系列具有陡峭前沿的脉冲群，称为电快速瞬态突发干扰（EFT/B）。
为达到有效抑制EFT/B干扰的目的，本文从总结EFT/B的形成机理入手，应用建模方法给出了产生EFT/B的等效电路模型和破除EFT/B的方法。
-负载变压器。
通过相应的测试方法开发和测试了一个仿真模型。
通过仿真与实测结果的对比，验证了所提方法的合理性。
最后总结了抑制 EFT/B 以降低电磁干扰 (EMI) 的方法。
关键词电快速瞬变脉冲串；等效电路；抑制方法；审查简介/背景各种电磁干扰影响各种自动化设备，如继电保护、监控装置以及其他基于微电子和计算机技术的设备，这些设备对电磁感应、辐射和电路传导等方式的干扰更加敏感。
当干扰水平超过设备的逻辑元件和逻辑电路的抗干扰水平时，会导致设备的逻辑电路工作异常或程序运行不正常，从而使整个设备无法正常工作。
电快速瞬变/突发 (EFT/B) 是对微机保护装置最敏感的干扰之一。
国外实验研究结果表明，变电站开关的合闸和合闸过程会引起EFT/B扰动。
EFT/B 扰动的上升时间为纳秒级，持续时间从几微秒到几十毫秒。
高达相电压幅度的数倍。
在现代电子设计初期，为了通过仿真评估产品的电磁兼容性能，需要对设计对象进行电气快速瞬态突发抗扰度测试。
当 EFT/B 干扰电平超过器件逻辑元件和逻辑电路的抗干扰电平时，会导致器件工作异常或程序运行不正确。
因此，如何使各种电器、电子设备或系统在同一电磁环境中正常工作，互不干扰，如何使开关电源中EFT/ B噪声的传播显着降低，以实现所谓的因此，电磁兼容技术日益发展，对抑制EFT/B的研究也越来越多。
早些年，国际标准IEC 1000-4-4将EFT的相关参数定义为：电压幅值、单脉冲上升时间、单脉冲脉冲宽度、脉冲串持续时间、脉冲串重复频率和脉冲串周期等...但也有一些不合适的地方，比如实际电磁环境中电磁脉冲组的重复频率从10KHz到1MHz，但由于当时元器件水平有限，标准规定参数值为5KHz和2.5KHz .如今，国际标准IEC61000-4-4和国家标准GB/T1 9626.4对EFT/B骚扰电压的上升时间、持续时间和脉冲重复频率都有统一规定，如图1所示。
昂宝变压器设计
匝比还决定这次级整流二极管的反向耐压值 Vd = Vo + Vin(max) / n
匝比的选取
匝比决定着初级的MOSFET的电压应力 Vmos = Vin(max) + n*(Vo + Vf)
由左图可知，增 大匝比会使开关 MOSFET的Vds 电压应力增大， Snubber电路的 损耗也加大，从 而影响电源的整 体效率。
变压器的绕制技术
绕组的绝缘
当绕完一个绕组之后，绕组 需要将线折回到进线端的骨 架定位脚时，需要先包1-2层 胶带进行绝缘，然后才将线 折过来。 且线尽量以90度左右的角度 折弯，以尽量满足对匝数精 度的要求。 绕线为了满足安规对绝缘的 要求，一般加挡墙或使用三 重绝缘线，且各绕组之间加 高强度的绝缘胶带。
注意：
在进线与出线的边沿，特别是多股 线同时绕制时，由于漆包线的折弯， 造成占用的空间比正常绕组一圈时 大
变压器的绕制技术
尽量绕满整数层
在计算好变压器匝数与线径直之后，接下来需要根据骨架宽度与深 度验算是否能容纳下所有的绕组，此时需要考虑漆包线的外径，挡 墙宽度，绝缘胶带厚度，折线厚度等因素。 当发现绕组不是整数层时，就需要调整匝数或线径以满足单个绕组 为整数层的要求，因为小数层绕组(特别处在最里层时)容易造成后 续的绕组不平整，从而影响绕线的分布参数与绝缘强度。
变压器的绕制技术
单层圈数的计算：
在计算单层圈数时，是通 过骨架宽度除以漆包线的 外径，得到的值需要将小 数点以后的数值舍去，并 需要减去一圈作为进出线 的余量。 例：EFD30的幅宽是20mm， 假如初级线径是0.5mm(外 径则为0.55mm)，那么可 以绕制最多的圈数是 20mm/0.55mm-1=35.36 取整之后为35T
全软开关SEPIC变换器损耗分析
全软开关SEPIC变换器损耗分析摘要：本文基于全软开关SEPIC直流开关变换器，着重分析其工作过程中功率开关管、续流二极管产生的各种损耗，最终得出结论，由于软开关的介入，可以将极大地减小开关电路中各元件产生的损耗，提高变换器的效率，有广泛的应用前景。
关键词：SEPIC变换器软开关损耗效率Loss Analysis of An Soft Switching SEPIC ConverterSUN Xinfeng（The Detachment of Warship Training，Dalian Naval Academy，Dalian 116018）Abstract: Based on an soft-switching SEPIC DC-DC converter, the loss of the power switch and the freewheeling diode are analysised. Finally we can find out that thanks to adding the soft switch part the loss of the electronic elements are right smart reduced, the efficiency is increased, and it has extensive of applied foreground.Keywords：SEPIC converter, soft-switching, loss, efficiency1引言关于直流变换器在损耗问题上的研究，国内外文献多建立在对电路原理的数学仿真上[1-3]，而对其损耗机理的定量分析和计算尚不多见。
由直流变换器的工作原理可知，电路中功率MOSFET、续流二极管的损耗主要由器件的物理特性决定，限制了电路的工作频率的进一步提高，特别是在高于300kHz时，其损耗已经很大，由于损耗引起温升，降低了可靠性。
低压断路器瞬态电热分析技术研究
a
1 1 E1 E2 4F ( ) 1 b
2 1 2 2
R
R 1R 2 R 1 /( R1 R 2
1 2
dl S 1(l ) 1) dl S 2(l )
其中，F 是触头接触力；E1、E2 是 2 个触头材 料的弹性模量；μ1、μ2 分别是 2 个触头泊松比； ρ是圆弧触点半径，b 是触点宽度。 依据霍姆电接触模型理论，接触电阻为
快速脉冲群测试原理及分析
快速脉冲群测试原理及对策快速瞬变脉冲群干扰机理1.实验的目的电快速瞬变脉冲群EFT试验的目的是验证电子设备机械开关对电感性负载切换、继电器触点弹跳、高压开关切换等引起的瞬时扰动的抗干扰才能。
这种试验方法是一种耦合到电源线路、控制线路、信号线路上的由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群试验。
容易出现问题的场合有电力设备或监控电网的设备、使用在工业自动化上面的设备、医疗监护等检测微弱信号设备。
2.干扰的特点EFT的特点是上升时间快，持续时间短，能量低，但具有较高的重复频率。
EFT一般不会引起设备的损坏，但由于其干扰频谱分布较宽，会对设备正常工作产生影响。
其干扰机理为EFT对线路中半导体结电容单向连续充电累积，引起电路乃至设备的误动作。
1〕电快速瞬变脉冲群测试及相关要求不同的电子、电气产品标准对EFT抗扰度试验的要求是不同的，但这些标准关于EFT抗扰度试验大多都直接或间接引用GB/T17626.4这一电磁兼容根底标准，并按其中的试验方法进展试验。
下面就简要介绍一下该标准的内容。
2〕信号发生器和试验波形a〕信号发生器其中，U为高压直流电源，Rc为充电电阻，Cc为储能电容，Rs为内部的放电电阻，Rm为阻抗匹配电阻，Cd为隔直电容，R0为外部的负载电阻，Cc的大小决定了单个脉冲的能量，Cc和Rs的配合决定了脉冲波的形状〔特别是脉冲的持续时间〕，Rm决定了脉冲群发生器的输出阻抗〔标准规定是50Ω〕，Cd那么隔离了脉冲群发生器输出波形中的直流成分，免除了负载对脉冲群发生器工作的影响。
b〕实验波形试验发生器性能的主要指标有三个：单个脉冲波形、脉冲的重复频率和输出电压峰值。
GB/T17626.4要求试验发生器输出波形应如图1，2所示。
EFT是由间隔为300ms的连续脉冲串构成，每一个脉冲串持续15ms，脉冲波形组成，单个脉冲的上升沿5ns，持续时间50ns，重复频率5kHz和100kHz。
为了保证5kHz和100kHz注入的能量具有等效性，当用100kHz的重复频率代替5kHz 时，EFT的持续时间从15ms缩减到0.75ms。
3842开关电源评估版-7832
前言电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域，其中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、体积小和重量轻等突出优点，获得了广泛的应用。
开关电源的控制电路可以分为电压控制型和电流控制型，前者是一个单闭环电压控制系统，系统响应慢，很难达到较高的线形调整率精度，后者，较电压控制型有不可比拟的优点。
UC3842是国内应用比较广泛的一种电流控制型脉宽调制器。
所谓电流型脉宽调制器是按反馈电流来调节脉宽的。
在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。
由于结构上有电压环、电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是比较理想的控制器。
第一部分：UC3842电路工作原理一：基本概念1．单端反激式变换器。
所谓单端，是指高频变压器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧，并且只有一个输出端。
所谓反激，是指开关功率管导通时，后级整流二极管截止，电能将储存在高频变压器的初级电感线圈中；当开关功率管关断时，后级整流二极管导通，初级线圈上的电能通过磁芯的藕合传输给次级绕组，并经过后级整流二极管输出。
下文实例电路就采用单端反激式。
2．电压控制型。
脉宽调制（PWM）型开关稳压电源只对输出电压进行采样，实行闭环控制，这种控制方式属电压控制型，是一种单环控制系统。
其原理如下：图1电压控制型原理与参考电压Uref比较放大，得到误差信号Ue，再如图1所示，电源输出电压UO与斜波信号比较后，PWM比较器输出一定占空比的系列脉冲，这就是电压控制型的原理。
其最大缺点是：控制过程中电源电路内的电流值没有参与进去。
众所周知，开关电源的输出电流是要流经电感的，故对于电压信号有90度的相位延迟，然而对于稳压电源来说，应当考虑电流的大小，以适应输出电压的变化和负载的需求，从而达到稳定输出电压的目的，因此仅采用输出电压采样的方法，其响应速度慢，稳定性差，甚至在大信号变化时，会产生振荡，造成功率管损坏等故障。
瞬变电磁法中数据取样处理方法的研究
图"
中心时间和数据窗等对数间隔
首先定原始衰减曲线取样道的中心时间， 然后 574 以 45 （即 4 7 !8 倍关系） 为等对数间隔， 先确定各取 样道的中心时间 ! ’ ， 再确定数据采样窗口宽度 () ， 数据窗宽也以 455 7 4 为等对数间隔， 原理见图 4。 这种方式的优点为取样道的中心时间严格遵循 万方数据 对数等间隔； 缺点是数据窗口不连续， 丢失数据， 对
（"） 信号衰减快， 在早期， 信号幅值高且衰减速 度很快； 而晚期的信号很弱， 已达微伏数量级， 并且 衰减速度慢得多。 瞬变电磁信号在早、 中、 晚期的衰减速度差别相 当大， 在很宽的时间范围内为了不失真、 准确地确定 瞬变电磁信号的衰减特性， 除了在足够宽的时间范 围内必须有足够的取样道外， 各取样道之间的间隔 及取样数据窗口宽度应随取样道不同而有所改变。 在早期， 信号幅值高而且衰减速度快， 因此取样时间 的间隔及取样窗口的宽度都必须相当窄才能保证足 以精确地分辨信号的衰减特性； 在晚期， 取样间隔及 窗宽应增大， 以适应弱信号慢衰变的特性。
［!］
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瞬变电磁信号检测的方法
目前， 国内外瞬变电磁系统很多， 也采用了不同
的方式。从目前各种仪器的分析来看， 主要有 " 种 方式： 模拟积分取样、 数字化叠加取样、 模拟积分— 数字化叠加取样。采用数字积分技术在每一个采样 周期内可采样数很多 （如 ! #$,， 。硬件电 $ #,* 点） 路上不再需要 " 个积分器， 大大简化了电路， 节省 了元器件及电路的调试过程。 （!） 模拟积分取样方式。 789:;<= 公司的 ./0"> 系列就是采用模拟积分取样方式， 在电路上采用多 个积分器， 分时段对信号进行采集。优点是采样精 度高， 缺点是电路设计复杂、 对电路的精度要求也最 高， 信号的特点是取样的起始时间、 取样窗口宽度及 取样次数由时标信号确定， 通常取样时间、 取样次数
基于IGCT的高压大容量三电平变频调速系统的研制应用
基于I G C T的高压大容量三电平变频调速系统的研制应用孙晓瑛赵争鸣袁立强(电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室，清华大学电机工程与应用电子技术系，北京100084)摘要本文介绍了“基于I G cT的高压大容量三电平变频调速系统”的立项背景、研制历程和取得的技术成果，并阐述了该系统含有的一些主要的关键技术和应用情况。
关键词：高压大容量变换器；IG cT；三电平；变频调速系统；节能增效T he D eV e l opm ent and A ppl i cat i ons of t he H i gh V bl t age and H i gh P ow e r T hr ee-l eV el A dj us t abl e Spee d Sys t em E qui pped w i t h I G C T s鼬，z‰o岁伽g2施口口Z『lPng，行伽g玩口n L f鸟f口，l g(T．s i nghua U ni V ers i t y，Bei j i ng100084)A bs t r act Thi s pap er i nt roduc es t he bac kground，pr oc e duI．e and achi eV em ent s of hi gh V ol t a ge andhi g h pow e r t hr ee—l eV el adj ust abl e s peed s ys t em equi pped w i t h t he I G C7r s．A nd t he key t echni ques re l a t e d m i s s ys t em ar e al s o pre se nt s i n t hi s paper．K ey w or ds：hi gh V ol t a ge and hi g h pow e r i nV ener；I G C T；t hr ee—l eV el；adj us t abl e s peed dri V e sys t em；ene略y s aV i ng1引言清华大学与国电自动化股份有限公司经过6年多的共同合作，围绕“基于I G CT的高压大容量三电平变频调速系统”项目的研发及其产业化过程中出现的各种技术难点和关键问题，艰苦攻关，取得了多项重大技术研究成果。
双三电平变频器开关器件论文
双三电平变频器开关器件分析摘要：针对大功率双三电平变频器应用中出现的igbt损坏问题，本文在简要介绍三电平变换器工作原理的基础上，分析了功率开关器件失效的主要原因：过电压、过电流和热应力。
并由此提出无感功率母线优化设计的思路，同时研究了各种计算器件开关损耗的方法，为三电平变频器主电路母排设计以及系统热设计提供了理论参考依据，提高系统的电磁性能和散热性能。
关键词：变频器三电平过电压叠层母排开关损耗高压大功率双三电平变换器具有开关器件耐压低、输出电压谐波小、负载电机转矩脉动小和电磁噪声低等特点，在大功率场合得到了广泛应用。
igbt 具有开关频率高(达20 kh z)、通态压降低、开关损耗小等优点。
但随着器件开关频率的提高，实际应用中，由于过电压、过电流、过热所造成的igbt 损坏的事故时常发生。
1.二极管钳位型双三电平变换器的工作原理整流侧采用二极管不控整流前端的传统三电平变频器，存在对电网谐波影响大、动态响应不够高等缺点。
因此，对于高压大功率以及同时需要重物下放的工况情况下，可以采用双三电平拓扑结构的变换器：前端三电平可控整流，后端三电平逆变调速。
该变频器由4个二极管钳位的npc三电平逆变器连接而成。
全控开关均采用igbt模块，包含了4个钳位二极管和2个与直流回路中点相连的附加二极管，两个等值电容器分别跨接于直流回路的正极与中点以及中点与负极之间。
在理想情况下，两个电容器的分压相等，并等于直流回路总电压的一半。
这样就有利于采用低压电力电子器件实现较高电压的输出，并且各开关器件没有均压问题的存在，简化了产品设计，提高了设备可靠性[1]2.igbt 过电压的产生及抑制随着电力电子器件的高压、高频化发展，三电平变换器主电路换流过程中，由于igbt关断时集电极电流的下降率较高，同时由于主电路杂散电感的存在，将在igbt 两端感应很高的尖峰电压uce= ldi / dt ，该尖峰电压与直流母线电压相叠加，施加在igbt 两端，易使igbt 受过电压击穿而损坏。
基于开关电容的软开关高电压增益DC-DC变换器
基于开关电容的软开关高电压增益DC-DC变换器雷浩东;郝瑞祥;游小杰;项鹏飞【摘要】In this paper, a switched-capacitor based DC-DC converter topology with high voltage gain and soft-switching character is presented. The proposed topology can achieve high voltage gain without operating the switches at extreme duty cycle and has PWM voltage regulation ability similar to conventional Boost converter. Through resonant soft-switching technique, zero-voltage switching (ZVS) turn-on of all switches and zero-current switching (ZCS) turn-off of all diodes are achieved, which is useful to improve the efficiency and power density of the converter. The voltage stresses of switches and diodes are low, so low voltage level and low on-resistance devices can be adopted to reduce the conduction losses. The operation principle of the proposed topology was analyzed in detail, and the steady-state characteristics were analyzed, including voltage gain characteristics and soft-switching operating conditions. Finally, a prototype converter with 25-40V input and 400V/1kW output was established, and the experimental results verified the theoretical analysis.%提出一种基于开关电容的具有高电压增益和软开关特性的DC-DC变换器拓扑.该拓扑能够在非极端占空比条件下实现高电压增益,并具有类似于传统Boost变换器的PWM电压调节能力.通过谐振软开关技术,实现所有开关管的零电压开通和所有二极管的零电流关断,有利于提高变换器的效率和功率密度.变换器中开关管和二极管承受的电压应力低,允许选择低电压等级、低导通电阻的器件.详细分析变换器拓扑的基本工作原理,对变换器电压增益特性和软开关实现条件等稳态工作特性进行研究.最后,搭建一台输入25~40V、输出400V/1kW的实验样机,对理论分析进行实验验证.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)012【总页数】10页(P2821-2830)【关键词】开关电容;高电压增益;谐振电感;软开关;DC-DC变换器【作者】雷浩东;郝瑞祥;游小杰;项鹏飞【作者单位】北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言高电压增益 DC-DC变换器在光伏发电系统、燃料电池系统以及通信电源等许多工业应用场合发挥着关键作用[1-3]。
基于数字驱动器的大功率IGBT_故障保护与诊断方法研究
822022年1月下 第02期 总第374期工艺设计改造及检测检修China Science & Technology Overview收稿日期：2021-11-30作者简介：厉孟（1985—），男，山东日照人，本科，工程师，研究方向：电气工程及其自动化。
基于数字驱动器的大功率IGBT 故障保护与诊断方法研究厉孟 李海峰（海装驻北京地区第四军事代表室，北京 100036）摘 要：大功率电力电子变流器核心功率器件IGBT 发生故障后若不能及时进行保护，可能导致器件和设备的损坏，IGBT 门极驱动器作为控制器与功率器件之间的枢纽是保证功率器件正常开通、关断以及安全运行的基础，该文基于数字驱动器技术路径，对不同类型故障检测和保护机理进行研究，为避免短路电流关断带来的电压冲击，提出了有源钳位与软关断策略，更准确定位故障原因设计了状态信息编程回报方式，进一步提高了系统的可靠性和智能化水平。
图1 数字化保护电路的基本实现方法工艺设计改造及检测检修China Science & Technology Overview而这些故障对应的检测电路输出信号送入数字可编程芯片进行分析处理，根据不同的故障类型配置不同的保护操作，并将故障信号编码后发送至上位机系统。
图 1所示为数字化保护电路的基本实现思路，该策略针对不同类型的故障信号，设置不同的关断保护方式和保护动作的响应时间，当故障信号输入主控制芯片后，控制芯片会对故障类型进行判断。
若为过载故障，则对故障信号的真伪进行甄别，经过故障确认时间后，故障状态仍存在，则对IGBT进行关断保护操作。
过载故障时集电极电正比，最能有效地反映过电流。
如果负载电流I C增加至额定值的4倍以上，IGBT将退出饱和，即集—射极电压升高，最终达到直流母线电压V DC。
利用这一特性，可以对过电流进行检测并实施保护。
驱动器检测V CE进入退保和区的方法主要有2种，一种是通过阻容分压式检测，另一种是通过二极管检测，如图2所示。
高功率脉冲电源：瞬态过程中过电流过电压的产生机理
瞬态过程中过流过压的产生机理脉冲电源放电工作时会伴随着脉冲开关关断、续流硅堆反向恢复、负载突变等瞬态过程。
受电路杂散参数的影响，有可能在PFN中产生冲击电流和冲击电压，甚至造成网络中的薄弱环节，损坏元件设备。
本文以储能2.36MJ的脉冲电源系统为研究对象，结合实验中出现的一些续流硅堆损伤现象，研究PFN放电的瞬态过程，分析过电流和过电压的产生机理，提出技术应对措施，并验证续流硅堆的保护方法。
1脉冲电源实验装置1.1 系统组成该脉冲电源系统额定储能2.36MJ（系统简称PPS-2.36MJ），主要设备被安装在2个标准方舱内，额定工作电压13kV，采用市电（AC, 380V/3P/4L）作为初级能源，主要用于电热化学炮和小型电磁轨道炮的发射实验研究。
PPS-2.36MJ 的基本组成如图所示，包括五大分系统，分别是：PFN、充电、控制、测量和汇流输电。
图1.1 系统结构框图（1）PFN：采用并联网络结构形式，包括20个额定储能118kJ、额定电压13kV的PFU，各PFU的输出电缆先以并联形式连接到方舱汇流器上，然后再通过炮尾汇流器向电炮供电。
（2）充电分系统：由2台高压恒流充电机组成，充电机通过高频DC-AC变换、串联谐振、升压、高压整流等环节，将市电转换为均值5A的恒定充电电流。
（3）控制分系统：由1个远方控制台、2个方舱时序控制器和2组高压触发器组成。
远方控制台可实现PFU选择、充电电压设置、放电时序设置、充电启动、触发放电以及急停泄放等控制功能。
（4）测试分系统：由基于PXI（PCI extensions for Instrumentation）的数据采集系统组成，包含1台远端测试计算机、2个方舱测试器、23只Rogowski电流互感器和3个电阻分压器。
远端测试计算机与方舱测试器之间采用光纤通信，被测参量为充电机输出电压、PFU及各汇流器的输出电流、负载电压、负载电流等。
（5）汇流输电分系统：由1个电源汇流器、2个方舱汇流器以及脉冲功率传输线等组成。
基于WVD的隔离开关操作传导EMI时频分析
关键词: 隔离开关; 瞬态脉冲; WV 分布; 时频域; 分析
中图分类号: T M 867
文献标识码: A
文章编 号: 1003 6520( 2006) 04 0047 04
Time frequency Domain Analysis of Conducted EMI Caused by Disconnect Switch Operation Based on WVD
#
∀ W x ( t, ) = x ( t + / 2) x * ( t -#
#
∀ 或 WX ( , t) =
X ( + ∀/ 2) X * (
-#
/ 2) e- j ! d , - ∀/ 2) e- j∀t d∀,
并有 W x ( t, ) = W X ( , t ) 。WV D 象傅立叶变换一
样对整个时间轴积 分。为在计算机上实 现 WVD, 需对时间 t 和频率 离散化, 且对 x ( t) 做加窗处理。
效果也不同, 选择一合适的小波函数非常重要, 且小
波变换所得的坐标是尺度而非频率, 需根据小波函 数的类型转化[ 11] 。故本文采用 WV D 来分析。 1. 1 时频域分析的原理
1932 年 Wigner 首先提出 WVD 概念, 并 把它
应用于量子力学领域。1948 年 Ville 首先把它应用 于信号分析中[ 12] 。令信号 x ( t) 的自 WV D 定义为
变电站中安装的电子设备如在线监测和控制设
备日趋增多, 其安全性正受到一次设备发出的 EM I 信号的骚扰。本文将 研究 DS 操作引 起的传 导干
* 国家电力公司重大项目
! 48 ! Apr. 2006
H ig h Volt age Engineering
(国内标准)IGBT基础与运用
（国内标准）IGBT基础与运用筹备了壹段时间，也找了不少的资料将准备开始整理和学习IGBT的材料。
IGBT的资料有很多，如果想找，能够于baidu文档里面找中文的资料，也能够于google找pdf的英文资料。
粗略见起来较为详细的有：富士IGBT应用手册，三菱第五代IGBT应用手册。
而英飞凌的网站上的资料也较为齐整，均是英文的兄弟们可参详。
IGBT，中文名字为绝缘栅双极型晶体管，它是由MOSFET（输入级）和PNP晶体管（输出级）复合而成的壹种器件，既有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的特点（控制和响应），又有双极型器件饱和压降低而容量大的特点（功率级较为耐用），频率特性介于MOSFET和功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz 频率范围内。
理想等效电路和实际等效电路如图所示：IGBT的静态特性壹般用不到，暂时不用考虑，重点考虑动态特性（开关特性）。
动态特性的简易过程可从下面的表格和图形中获取：IGBT的开通过程IGBT于开通过程中，分为几段时间1.和MOSFET类似的开通过程，也是分为三段的充电时间2.只是于漏源DS电压下降过程后期，PNP晶体管由放大区至饱和过程中增加了壹段延迟时间。
于上面的表格中，定义了了：开通时间Ton，上升时间Tr和Tr.i除了这俩个时间以外，仍有壹个时间为开通延迟时间td.on:td.on=Ton-Tr.iIGBT于关断过程IGBT于关断过程中，漏极电流的波形变为俩段。
第壹段是按照MOS管关断的特性的第二段是于MOSFET关断后，PNP晶体管上存储的电荷难以迅速释放，造成漏极电流较长的尾部时间。
于上面的表格中，定义了了：关断时间Toff，下降时间Tf和Tf.i除了表格中以外，仍定义trv为DS端电压的上升时间和关断延迟时间td(off)。
漏极电流的下降时间Tf由图中的t(f1)和t(f2)俩段组成，而总的关断时间能够称为toff=td(off)+trv十t(f)，td(off)+trv之和又称为存储时间。
电流源负载峰值电流控制buck变换器的复杂次谐波振荡现象
电流源负载峰值电流控制 buck 变换器具有次谐波振荡快慢复杂现象 . 本文建立了它的分段光滑开关模型及 通过数值仿真研究了电路参数对 buck 变换器的非线性动力学行为的 离散迭代映射模型. 根据离散迭代映射模型， 影响， 发现了具有快慢效应次谐波振荡吸引域的分岔图和呈现双环带状的庞加莱映射 . 根据分段光滑开关模型， 采 库塔算法， 仿真研究了 buck 变换器的时域波形和相轨图， 研究结果表明：电感电流存在由次谐波振荡与降 用龙格频次谐波振荡组成的 n 型次谐波振荡现象；输出电压存在快标与慢标结合的正弦次谐波振荡现象 . 实验结果验证 了文中的分析结果及仿真结果 .
内的分岔图呈现出具有快慢效应的次谐波振荡吸 引域， 我们将位于上部、 下部的分岔图分别称为上 下吸引域. 为了更详细地揭示 buck 变换器 吸引域、 在上、 下吸引域范围内的分岔行为， 在 nT 时刻构筑 可得到状态变量 i L 和 v C 的庞加莱映 庞加莱截面， 射. 图 3 （ a ） 和 （ b ） 分别给出了 I o = 0. 95 A 和 I o = 1. 021 A 的庞加莱映射.
降频现象
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DC 变换器的性能. 因此， 深 现象严重影响开关 DCDC 变换器的分岔和混沌等 入分析和研究开关 DCDC 变换器的设计和 非线性动力学现象， 对开关 DC工程应用具有重要的理论意义和实用价值 . DC 变换器在学术界 峰值电流型控制开关 DC和工业界得到了广泛的研究和应用. 常规开关 DCDC 变换器是含有电感 L 和电容 C 的二阶电路， 通 过建立二维离散迭代映射模型， 已有不少文献研究 DC 变换器的电路参数对分 了电阻性负载开关 DC. 当开关周期 T 远小于 岔和混沌现象的影响 DC 变换器电路的 RC 时间常数， 开关 DC即 T RC 时， 可以认为输出电压恒定不变， 输出部分可以等 DC 变换器降阶为 效为一个电压源， 从而使开关 DC［ 8， 9， 14 ］
SPS基本原理讲义教师版
SPS基本原理讲义第一章开关变换器概论第一节什么是开关电源电源有如人体心脏，是所有电设备的动力。
但电源却不像心脏那样形式单一。
因为，标志电源特性的参数有功率、电压、频率、噪声、及带载是参数的变化等等；在同一参数要求下，又有体积、重时、形态、功率、可靠性等指标，人可按此去“塑造”和完美电源，因此电源的形式是极多的。
此次主要介绍一下开关电源的原理及其设计方法。
一般电力（如市电）要经过转换才能符合使用的需要。
转换例子有：交流转换为直流，高电压变为低电压，大功率中取小功率等等。
这一过程有人形象地说成：粗电炼为精电。
炼为精电后才好使用。
按电力电子的习惯称谓，AC-DC（理解成AC转换为DC，其中AC表示交流电，DC表示直流电）称为整流（包括整流及离线式转换），DC-AC称为逆变，AC-AC 称为交流-交流直接变频（同时也变压），DC-DC称为直流-直流交换。
为达到转换目的，手段是多样的。
六十年代前，研发了半导体器件，并用此器件为主实现此转换。
电力电子学科从此形成并有了近三十年的迅速发展。
所以，广义地说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成中一形态的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称为开关电源（Switching Power Supply）。
开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，因为它是转换的核心，涉及频率变换，目前DC-DC变换中所用的频率提高最快。
它要提高频率中碰到的开关过程、损失机制，为提高效率而采用的方法，也可为其它转换方法参考。
值得指出，常见到离线式开关变换器（off-line Switching Converter）名称，是AC-DC变换，也常称开关整流器；它不单是整流的意义，而且整流后又作了DDC变换。
所说离线并不是变换器与市电线路无关的意思，只是变换器中因有高频变压器隔离，故称离线。
第二节DC-DC变换器的基本手段和分类把直流电压变换为另一种直流电压最简单办法是串一个电阻，这样不涉及变频的问题，显示很简单，但是效率低。
缓冲电路设计及仿真
1 缓冲电路作用1) 缓冲电路一般并联在开关器件两端, 重要有克制过电压、减少器件损耗、消除电磁干扰的作用。
2) 克制过电压3) 逆变器高频工作时, 开关器件快速开通、关断。
由于主电路存在杂散电感, 器件在开关过程中, 急剧变化的主电路电流会在杂散电感上感应出很高的电压, 使器件在关断时承受很高的关断电压。
在器件关断时, 主电路杂散电感上会产生与直流电压同向的感应电压 , 若无缓冲电路, 则该电压会加在器件两端形成过电压, 当该电压超过器件额定电压时, 器件损坏。
此外, 反并联二极管在反向恢复时产生的di/dt 也会导致较高的过电压。
4) 减少器件损耗已知器件的功耗由下式决定:01TP uidt T=⎰ (1.1)在电路中增长缓冲电路, 可以改变器件的电压、电流波形, 进而减少损耗。
从下图可知, 在没有缓冲电路时, 电压快速升至最大值, 而此时电流仍然是最大值, 此时的损耗最大。
加入缓冲电路后, 避免了电压、电流出现同时最大值的情况, 损耗得以减少。
U DS无缓冲电路U DS I DI D有缓冲电路5) 消除电磁干扰2 电路运营时, 在没有缓冲电路的情况下, 器件两端电压会发生高频振荡, 产生电磁干扰。
采用缓冲电路, 可克制器件两端电压的高频振荡, 起到减小电磁干扰的作用。
3 因此, 减少或消除器件电压、电流尖峰, 限制dI/dt 或dV/dt, 减少开关过程中的振荡以及损耗, 我们在逆变器中设计缓冲电路, 以保证器件安全可靠工作。
4 杂散电感的测量与计算设计缓冲回路之前, 一方面需要拟定杂散参数的量。
杂散电感是特定电路布局的结果, 不容易计算出来, 我们一般采用测量的方法来拟定杂散电感的大小。
在没有任何缓冲回路时, 用示波器观测器件关断时的振荡周期T1；接着, 在开关管两端并联一个值拟定的电容, 即测试电容 , 重新测量器件关断时的振荡周期T2。
则杂散电感可由下式得出:2221p 2()L 4testT T C π-=(1.2)杂散电容为:21(2)p p i C L f π=(1.3)其中i f 为无缓冲电路时的振荡频率。
基于离散状态事件驱动的电力电子瞬态过程仿真方法
基于离散状态事件驱动的电力电子瞬态过程仿真方法檀添;赵争鸣;李帛洋;凌亚涛;陈凯楠【摘要】In order to calculate electromagnetic transients of power electronic systems, non-ideal physical models considering stray parameters of circuits and time delay of control loops are needed for semiconductor switching device. In this case, the mathematical models describing power electronic system exhibit high-order nonlinearity and tend to be highly rigid. The numerical solution methods through the conventional differential equations shall bring about the problems of long simulation time and poor numerical stability. Thus, this paper puts forward the improved methods for transient simulation of power electronic converters based on discrete state event driven (DSED) methods. These methods use the variation of state variable as the calculation basis rather than the variation of simulation time. It is demonstrated the methods could reduce simulation time effectively and solve the stiff problem of ordinary differential equations, which ensure numerically stable of the simulation.%为分析计算电力电子系统的电磁瞬态过程,需采用非理想开关器件模型,并计及电路中的杂散参数和控制回路中的时间延迟等,此时描述电力电子系统的数学模型呈现出高阶非线性特性,且往往具有较强的刚性.采用常规微分方程的数值解算方法对于这种非线性的电力电子系统瞬态过程进行仿真求解,存在仿真时间超长和数值稳定性很差的问题.为解决这一问题,基于离散状态事件驱动(DSED)思想提出一类电力电子瞬态过程数值仿真方法,摒弃对时间离散的常规数值解算,而直接以状态量的变化值作为仿真计算依据.理论推证和仿真解算比较结果表明:该方法能有效缩短解算时间,同时解决了常微分方程组的刚性问题,使得解算具有很好的数值稳定性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2017(032)013【总页数】10页(P41-50)【关键词】电力电子瞬态分析;离散状态事件驱动;仿真计算【作者】檀添;赵争鸣;李帛洋;凌亚涛;陈凯楠【作者单位】清华大学电机系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京 100084;清华大学电机系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京 100084;清华大学电机系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京 100084;清华大学电机系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京 100084;清华大学电机系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京 100084【正文语种】中文【中图分类】TM46电力电子变换过程是一种利用弱电控制强电，实现电量变换的过程。
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第31卷第21期中国电机工程学报V ol.31 No.21 Jul.25, 201140 2011年7月25日Proceedings of the CSEE ©2011 Chin.Soc.for Elec.Eng.文章编号：0258-8013 (2011) 21-0040-08 中图分类号：TM 85 文献标志码：A 学科分类号：470⋅40基于开关瞬态过程分析的大容量变换器杂散参数抽取方法陈材，裴雪军，陈宇，汪洪亮，康勇(华中科技大学应用电子工程系，湖北省武汉市 430074)A Stray Parameter Extraction Method for High Power Converters Based onTurn-on/off Transient AnalysisCHEN Cai, PEI Xuejun, CHEN Yu, Wang Hongliang, KANG Yong(Department of Power Electronic Technology, Huazhong University of Science & Technology, Wuhan 430074, Hubei Provice, China)ABSTRACT: When an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is abruptly turned off or turned on, trapped energy in the circuit stray inductance is dissipated in the switching device, causing a voltage overshoot across the switching device. In order to quantitative analyze this voltage overshoot, the circuit stray inductance extraction is necessary. Against the traditional inaccurate extraction method, which chooses the maximum voltage point and an approximated current slope as the calculation parameters, this paper proposed a new extraction method, in which the turn-on and turn-off non-linear transient processes are divided into several piece-wise linear intervals, moreover, the forward and reverse recovery effects of the anti-parallel diode are also taken into account, so the accurate voltage overshoot ΔU ce and the corresponding current slope d i/d t are obtained accurately, and the accurate extraction period of turn-on and turn-off are obtained respectively. The proposed method is verified experimentally using a single-phase inverter prototype with 75 kV A capability. The stray inductance extracted from the turn-on and turn-off periods under different load conditions are consistency which proved the method's validity and accuracy.KEY WORDS: voltage overshoot; stray inductance anti- parallel diode; turn-on; turn-off摘要：由于线路杂散电感存储能量的释放，绝缘门极双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)在开通和关断的瞬态过程中，其两端将产生电压尖峰。
为了对该电压尖峰进行定量研究，需要对IGBT开关过程进行分析，抽取线路的杂散电感参数。
传统抽取方法通常利用IGBT关断电压的最大幅值以及近似的电流斜率作为计算参数，其计算结果并不精确。
为得到更精确的结果，提出一种新的参数抽取方法，通过将IGBT开通、关断的非线性过程分解为多个线性阶段，并充分考虑反并联二极管前向恢复和反向恢复的影响，在此基础上得到电压过冲ΔU ce和相对应的d i/d t，进而得到准确的杂散参数抽取过程。
最后，将该分析方法在一台75kV A的单相逆变器进行实验验证，利用不同工况下的开通和关断过程进行线路杂散电感抽取，均得到一致的结果，从而证明了本方法的有效性与正确性。
关键词：电压尖峰；杂散电感；反并联二极管；开通；关断0 引言20世纪80年代以来，随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在工业中的应用越来越广泛。
随着需求的增加，电力电子装置趋于大容量、高功率密度，开关器件的电压、电流等级也随之增大。
以现在广泛使用的开关器件绝缘门极双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)为例，1700～6500Ｖ，2000～3600A的大功率IGBT模块已得到广泛的使用，其开通时间达到0.3 μs，关断时间达到1.5 μs。
功率等级的提高也产生了许多问题。
由于线路杂散电感的存在，开关管在开关过程中将产生几百A/μs的d i/d t，过大的d i/d t将会在开关过程中产生很高的电压尖峰，该电压尖峰有可能损坏开关器件，同时增加开关损耗[1-2]和电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)噪声[3-6]。
为了抑制开关管的电压尖峰，需要尽可能的减小线路杂散基金项目：国家自然科学基金项目(50737004)；台达电力电子科教发展计划重点项目(DREK2010002)。
Project Supported by National Natural Science Foundation of China (50737004); The Key Program of Delta Power Electronics Science and Education Development Plan(DREK2010002).第21期陈材等：基于开关瞬态过程分析的大容量变换器杂散参数抽取方法 41电感，并且采用适当结构参数的缓冲电路来抑制和吸收过电压[7-10]。
由于线路杂散参数对电力电子装置的EMI特性、损耗以及器件的选取上等都有着显著的影响，因此需要对线路杂散电感的影响进行深入的研究。
在大功率电力电子装置中，普遍采用平板叠层母排的连接结构[3,11-19]以减小线路杂散电感，减小功率器件的电压应力，进而减轻缓冲电路的压力。
对于具有以上叠层母排连接结构的大容量变换器，线路杂散电感的抽取方法有：1）通过各种仿真方法诸如有限元分析法(finite element analysis，FEA)[14-15]，部分元等效电路法(partial element equivalent circuit，PEEC)[16-18]或时域反射法(time domain reflectometry，TDR)[19]等进行抽取。
2）通过各种实验方法，诸如测试谐振频率[3]，测量电压过冲ΔU ce以及电流变化率[11-13,15-17]等方法进行抽取。
由于IGBT真实的开关过程存在多个阶段，其d i/d t也不尽相同，因此上述各种方法均不能完全复现真实的开关过程。
例如，TDR法对于实验设备要求很高，难以实现；测试谐振频率的方法体现的是一种平均效应，准确度不高；测量关断电压的方法仅选取开关管关断电压的峰值以及近似的d i/d t作为计算参数，并利用近似公式L s=(U max−U dc)/(d i/d t)进行计算，其计算结果并不精确。
为克服上述缺点，本文提出一种新的基于开通和关断瞬态过程的准确杂散参数抽取方法。
通过将IGBT开通、关断的非线性过程分解为多个线性阶段，同时充分考虑了反并联二极管的前向恢复电压和反向恢复电流的影响，在此基础上得到电压过冲和相对应的d i/d t，进而计算得出杂散电感值。
本文将以图1所示的带RCD限幅钳位缓冲的大容量单相逆变器为例进行分析，利用直流母线电U图1 带RCD限幅钳位缓冲单相逆变器电路原理图Fig. 1 Schematic circuit of single-phase inverter withRCD voltage clamp snubber 流的d i/d t、T1关断时自身的端电压或T1开通时同一桥臂对管T2的端电压进行杂散参数抽取，并给出抽取过程与计算方法，最后在一台75kV A大功率样机上进行实验验证。
1 IGBT关断瞬态过程分析在本节中，将对图1中开关管T1的关断过程进行分析。
分析过程中将考虑RCD限幅钳位缓冲对T1端电压的影响[7-9]。
在开关过程瞬间，负载电流可以视为恒流源，大小为I o，直流电源电压为U dc。
结合关断电压、电流波形的实际情况，可将关断电压、电流波形进行近似线性分解，其瞬态过程如图2、3所示。
1）t1时刻之前：T1处于开通状态，直流侧电流i dc(t)等于负载电流I o，电流流向如图2(a)所示，电压如下：T101()0[,]u t t t t=∈，(1) 2）t1~t2过程：T1驱动电压超过驱动阀值电压U th，T1开始导通，由于T1的端电压u T1(t)较小，其密勒电容C cg很大，端电压增加缓慢，i dc(t)基本保持不变，同时T2反并联二极管端电压下降。
电流开始通过T2反并联二极管续流，电流流向仍如图2(a)所示，由文献[7]得到电压关系如下：th g o mT1112g cg/()()[,]U U I gu t t t t t tR C−−+=−∈， (2)(a) t1之前和t1~t2 (b) t2~t3(c) t3~t4 (d) t4之后图2 IGBT T1关断换流过程Fig. 2 IGBT T1 turn-off commutation process42 中 国 电 机 工 程 学 报 第31卷012334图3 IGBT T 1关断端电压和直流侧电流波形Fig. 3 IGBT T 1 turn-off voltage andDC link current waveforms式中：U g −为关断驱动电压；R g 为驱动电阻；g m 为IGBT 跨导。