See veebileht kasutab küpsiseid kasutaja sessiooni andmete hoidmiseks. Veebilehe kasutamisega nõustute ETISe kasutustingimustega. Loe rohkem
Olen nõus
"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF7425
ETF7425 "Kõrgepingeliste IGBT transistoride lülitusomaduste uurimine (1.01.2008−31.12.2010)", Dmitri Vinnikov, Tallinna Tehnikaülikool, Energeetikateaduskond.
ETF7425
Kõrgepingeliste IGBT transistoride lülitusomaduste uurimine
Research of Dynamic Performance of High-Voltage IGBTs
1.01.2008
31.12.2010
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ValdkondAlamvaldkondCERCS erialaFrascati Manual’i erialaProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.8. Elektrotehnika ja elektroonikaT170 Elektroonika 2.2. Elektroenergeetika, elektroonika (elektroenergeetika, elektroonika, sidetehnika, arvutitehnika ja teised seotud teadused)100,0
AsutusRollPeriood
Tallinna Tehnikaülikool, Energeetikateaduskondkoordinaator01.01.2008−31.12.2010
PerioodSumma
01.01.2008−31.12.2008228 000,00 EEK (14 571,86 EUR)
01.01.2009−31.12.2009218 880,00 EEK (13 988,98 EUR)
01.01.2010−31.12.2010198 960,00 EEK (12 715,86 EUR)
41 276,70 EUR

Jõuelektroonikaseadmete viimase aja arendused on suunatud peaasjalikult töökindluse tõstmisele ja energiakadude vähendamisele. Seda võib saavutada jõuahelate lihtsustamise ja nüüdisaegsete kõrgtehnoloogiliste komponentide kasutamisega. Nii näiteks võimaldavad 1990ndate aastate lõpus väljatöötatud IGBT-transistorid talitluspingega 3,3 kV vähendada jadamisi lülitatud ahelate arvu, mis oluliselt lihtsustab muundurite jõuahelaid. Läbimurre kõrgepingeliste jõuelektroonikaseadmete ehituses (toitepingega 3,0 kV ja enam) toimus siis, kui firma EUPEC hakkas tootma IGBT-transistore talitluspingega 6,5 kV. Sellised kõrgepingelised transistorid võimaldavad realiseerida lihtsaid kahetasemelisi vaheldiskeeme kõrgel toitepingel. 2005. aasta keskel alustas firma selliste transistoride seeriatootmist, mis loob uusi võimalusi kõrgepingeliste pooljuhtmuundurite väljatöötamiseks. Uute keskpingeliste pooljuhtseadiste tehnoloogia rakendamisega seotud probleemidest kõige oluliseimad on: 1. Optimaalse kommutatsioonisageduse valik kommutatsioonikadude vähendamiseks, mis seda tüüpi pooljuhtseadiste jaoks on määrava tähtsusega. 2. Madala induktiivsusega siinisüsteemide optimeerimine IGBT ja kondensaatorpatarei ühendamiseks kommutatsiooniülepingete vähendamiseks. 3. Kõrgepingelise alalisvoolusiini kondensaatorpatarei (DC-link) väljatöötamine ja selle stabiilsuse ja eluea uurimine arvestades lubatavaid pinge, voolu ja temperatuuride võnkumisi. 4. Kõrgepingeliste IGBT transistoride liigpinge summutusahelate (snubber-ahelate) uurimine ja optimeerimine kõrgsageduslike kommutatsioonihäirete ning kõrgepingeimpulsside vähendamiseks. 5. Kõrgepingeliste IGBT transistoride soojuskadude uurimine ja optimeerimine ja uute jahutusmeetodite väljaotsimine ja uurimine. Kompaktse jahutussüsteemi väljatöötamine kõrgepingelistele IGBT-le (kaovõimsustihedus on mooduli väikeste mõõtmete tõttu suur). Nagu näha on nimetatud probleemidel teoreetilis-praktiline iseloom, mille lahendamise järel omandavad projektis osalenud piisava potentsiaali kõrgtehnoloogiliste jõupooljuhtseadiste alal mitte ainult elektertranspordis vaid ka tööstuslikes rakendustes. Nimetatud probleemide uurimisel toimub arvutimudelite koostamine koos eraldiseisvate komponentide ja nende ühenduste parameetrite määramisega laborikatsetuste abil.
Recent trends in the power electronics are mostly connected to the loss minimization and reliability improvement. These targets could be achieved by the simplification of power scheme layouts or by introduction of new components and materials. In particular, brand new “state-of-the art” 3.3, 4,5 and 6.5 kV IGBT modules (EUPEC, ABB, IXYS, DYNEX, etc.) recently implemented are basically designed for high-voltage applications with their high demands on reliability concerning thermal cycling capability. Such transistors give an attractive possibility to avoid series connection of IGBTs in high-voltage converters, achieving better efficiency, power density and reliability compared to the combined high-voltage switch designs (serial connection of conventional IGBTs). However, despite the described advantages of high-voltage IGBT transistors, the overall design of power converters with such switches involves several limitations. They are mostly related to the specific properties of high-voltage IGBT transistors and need to be taken into account during the development routine. Given research project is mostly oriented on theoretical and experimental research of the following problems: 1. Selection of proper switching frequency of the high voltage IGBTs for the minimization of switcing losses. The switching dynamics of high-voltage IGBTs is significantly reduced due to the effect of the absolute voltage vs. current. However, switching can be controlled to achieve a good compromise between allowable switching frequency and switching power loss. 2. Research of low stray inductance busbar systems for interconnection of high-voltage IGBTs to minimize the IGBT switch-off surge voltage. 3. Research of high-voltage DC-link systems. Investigation of different topologies, simulations, stability and lifetime analysis. 4. Research and development of snubber circuits for high-voltage high-frequency IGBT inverters for the minimization of transient overvoltages and EMI radiated. 5. Research of thermal loss distribution of high-voltage IGBT inverters. Evaluation of new cooling methods. Development of compact modular cooling assemblies for high-voltage IGBT inverters. Patent or Utility Model application. All these problems have both theoretical and practical background. To solve them it is necessary to pay special attention to the overall design procedure, to implement more detailed computer simulations and laboratory experiments.