论文部分内容阅读
快速发展的社会对能源的需求日益增加,柔性直流输电以其更为灵活可靠的输电方式得到广泛发展,为维护系统安全运行,对构成柔性换流器的可控整流管(通常为IGBT)提出了更加严苛的要求。相比焊接式IGBT,压接型IGBT使用寿命更长,具有独特的短路失效模式,载流能力高等优点。压接型IGBT多个芯片一般采用并联方式提高PPI电流等级,但是由于凸台芯片布局等影响,难免会使得每个芯片的电流在开通关断过程中出现不均流和内部芯片电流过冲现象,这将会影响器件的可靠性。本文将设计一款微型PCB Rogowski Coil传感器用于芯片瞬态电流的监测和测量。首先,本文阐述了大功率IGBT及电流传感器的国内外发展状况,其中对有优势的罗氏线圈传感器做了详细阐述。其次,对Rogowski Coil电流测量工作机理及动态特性进行了详细分析,主要有以下几个方面:(1)分析了Rogowski Coil的工作原理;(2)建立了Rogowski Coil等效模型,分析了集中参数和分布参数两种不同的传递函数公式;(3)论述了自积分、外积分的两种工作方式;(4)借助matlab仿真分析了Rogowski Coil不同电磁参数、结构参数下对Rogowski Coil系统性能的影响,并提出了优化方案。再次,从绕线密度等三个方面分析了线圈的误差,针对压接型IGBT特殊结构,借助AD、ANSYS等软件,从线圈尺寸、布线、形状等方面设计了一款单个微型、轻薄的鱼骨型带回线四层板方形PCB Rogowski Coil,在此基础上,设计并加工了一款集成四个PCB线圈的PCB板,实现多芯片电流同时测量。针对IGBT开断电流的特点,通过Pspice软件设计了一款由同轴电缆、无源积分电路、同相有源积分电路、高通滤波电路、同相缓冲放大电路组成的复合型积分器。最后,借助阻抗分析仪,从仿真和实验两方面验证了PCB线圈参数的一致性;通过Pspice整体电路仿真验证了积分器的可行性;搭建了雷击浪涌突变信号实验和双脉冲测试实验平台,实验验证了PCB线圈的微分特性,实现了对压接型IGBT芯片电流的测量,通过软件积分所得的电流与商用传感器测量结果基本吻合,进一步证明了本文所设计的PCB Rogowski Coil传感器完全满足压接型IGBT芯片电流的测量。相比商用传感器,灵敏度更高,测量范围更广,造价更低,测量更方便,更容易集成。