李岩磊，李 阳，刘 直，代 鹏，陈明远，高吉磊

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所，北京 100081；2.北京纵横机电科技有限公司，北京 100094）

保证铁路运行的安全性是我国经济发展和建设过程中的重要工作内容[1]。牵引变流器作为高速动车组交流传动系统的关键设备，直接决定了车组的使用性能、安全运行和运营能力[2]。而以绝缘栅双极性晶体管IGBT（insulated gate bipolar transistor）为典型代表的功率半导体是变流器中最脆弱的电子器件，失效率较高[3]，且38%的变流器故障都是由功率器件故障引起的[4]。

IGBT 是一种综合了功率场效应晶体管MOSFET（metal-oxide semiconductor field effect transistor）和双极结型晶体管BJT（bipolar junction transistor）结构的复合器件，并同时吸收了两者的优点，在驱动领域得到了广泛的应用。如家电领域洗衣机、空调等系统的调速，工业领域各类输变电装置、牵引电动机的控制等[5]。

牵引系统内运行着大量的IGBT 功率器件，然而由于其功率大、运行高频化的特点，IGBT 处于快速通断的工作状态，过程中会产生很大的电流变化率和电压变化率，特别是由于电压、电流反向恢复特性的存在，其开关特性等动态参数会极大程度地影响器件稳定性和系统可靠性[6]。因此，对牵引变流器系统中IGBT 封装模块进行精确建模仿真以研究其动态特性一直是研究热点，对于评估系统风险、开展损耗计算、电磁兼容性EMC（electromagnetic compatibility）计算、优化电路设计、提高安全性能具有极为重要的意义。

目前已有大量针对IGBT 进行建模的仿真研究，按照其简繁程度大致可分为3 类[7]方法：第1 类仅描述IGBT 的开通、关断等基本外部特性，包括理想开关模型[8]和取样电阻模型[9]等；……