宋德勇，高 格，杨申申

基于快速控制电源的IGBT结温分析

宋德勇1，高 格2，杨申申1

（1. 中国船舶科学研究中心，江苏无锡 214082；2. 中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031）

快速控制电源同时运行的IGBT器件数量多，输出信号需要快速响应不同的给定信号。针对其工作特点，通过理论计算、MATLAB模型及有限元模型仿真，研究了典型工况下IGBT的结温分布特点，并揭示了该工况下由热载荷导致的IGBT结构变化，对后续研究IGBT可靠性提供了依据。

快速控制电源；IGBT结温；有限元

0 引言

EAST装置为磁约束核聚变托卡马克装置，16个RMP线圈被放置在EAST装置内真空室中来进行边界局域模等相关研究[1,2]。现有8套完全相同的RMP线圈电源，每套电源为2个串联的线圈供电[3]。该电源为典型的快速控制电源，响应时间小于0.25 ms。对于1套电源，一共有48个IGBT模块，即8套电源共384个IGBT模块。在8套电源同时运行时，研究所有IGBT模块的可靠性显得尤为重要，在这种特殊的工况下，需要研究电源中IGBT器件的可靠性相关的参数，而主要工作是分析IGBT的结温分布[4]。

1 快速控制电源工作模式

快速控制电源拓扑结构为典型的AC-DC- AC结构[5]，AC-DC部分为三相不控整流桥，每个整流桥为一个单独的DC-AC部分的H桥提供母线电压，逆变部分主体为H桥两串三并结构。对于每一个H桥，左右桥臂分别由4个IGBT半桥模块并联，IGBT的开关频率为10 kHz，通过载波移相，等效开关频率达到120 kHz[6]。

电源的具体输出参数如表1所示，额定输出值为4000 A/450 V，延迟时间为从给定信号发出到输出值上升到额定值的50%时的时间。……