【摘 要】
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杂散电感带来的电压过冲严重影响直流断路器中IGBT器件工作的可靠性。运行电压与分断电流同时增大,产生的电压过冲对器件的影响显著加重。电压等级的提升,直流断路器的子模块结构更加紧凑,串联数量急剧增加。关断电流提升,大功率压装IGBT（PPI）在几微秒内关断超过其自身额定电流的几倍故障电流,减小杂散电感是降低电压过冲的首要选择。本文聚焦于混合式高压直流断路器转移支路子模块内部换流阶段,对此展开研究。本
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杂散电感带来的电压过冲严重影响直流断路器中IGBT器件工作的可靠性。运行电压与分断电流同时增大,产生的电压过冲对器件的影响显著加重。电压等级的提升,直流断路器的子模块结构更加紧凑,串联数量急剧增加。关断电流提升,大功率压装IGBT（PPI）在几微秒内关断超过其自身额定电流的几倍故障电流,减小杂散电感是降低电压过冲的首要选择。本文聚焦于混合式高压直流断路器转移支路子模块内部换流阶段,对此展开研究。本文首先建立了二极管全桥串联子模块大电流关断测试平台,阐述了大电流关断测试原理和参数配合方法,提出平台主要设备选取原则。针对IGBT凸台结构,提出了 IGBT芯片压装优化设计方法和子模块内部连接母排设计方案,压装结构尺寸整体尺寸下降44.4%。最后通过试验可靠关断5倍额定电流,表明测试平台达到设计目标。然后,建立换流回路耦合电感模型,提出子模块内部换流IGBT瞬态电压计算方法,获得了串联子模块母排杂散电感（包括母排自感、子模块内部母排间互感和子模块间母排间互感）和子模块内缓冲电容器（容值和内部杂散电感）对电压过冲的影响规律。研究表明子模块内部和子模块间母排存在强耦合作用,子模块内部的强耦合作用回路杂散电感降为原来的40.4%,电压过冲降为原来的55.5%;子模块间互感作用换流回路杂散电感增加36.3%;电容器内部杂散电感使得器件电压过冲提高18.1%。同时高频下电容器内部杂散电感提高,关断时间对电容器内部杂散电感过电压和充电电压影响显著。最后,提出串联子模块一体化设计方法。提出二极管全桥的十字转换方法,将子模块的调控转换为端口叠层母排的杂散电感调控,并揭示二极管拓扑二极管的回路穿透特性。一体化结构&反向串联方案电压过冲为251.3V（下降71.2%）,换流回路杂散电感为56.33nH（下降74.9%）,功率密度提高71.4%。串联子模块一体化设计方法对其余换流阶段回路杂散电感有显著降低效果。
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