基于IGBT的混合式高压直流断路器是适应多端柔性高压直流输电工程发展的关键技术,其规模化半导体组件内IGBT工作过程中的动静态特性是研发中需重点关注的问题。本文围绕混合式高压直流断路器中IGBT动静态特性及建模方法,开展了如下研究:1、为了大功率IGBT动静态特性分析及建模方法的需要,本文研究了大功率IGBT器件芯片特征参数的提取方法,其中,针对现有大功率IGBT参数手册对混合式高压直流断路器这种非典型工况提供参数不足的缺陷,提出一种实验室条件下简便的退饱和电流测试方法,为IGBT静态输出特性模型相关参数的提取以及较大驱动电压下退饱和电流的预测奠定了基础;提出一种IGBT端脚非线性电容Cgd的试验提取方法,可有效提高动态特性建模精度;研制了大功率压接型IGBT特征参数提取实验平台,可满足典型IGBT的测试需求,为器件特征参数提取以及研究器件的动静态特性奠定了基础。2、考虑到IGBT内载流子的分布特性是影响器件动静态特性的核心内容,本文基于有限元方法研究了包括一维/二维分布、不同注入条件下的大功率IGBT内部载流子的分布特性。研究结果表明:对大功率IGBT动静态特性分析以及建模需计及载流子二维分布特性及不同注入条件对过剩载流子分布的影响,而两者会显著增大动静态特性建模的复杂度。为解决该问题,本文首次研究了准静态和非准静态条件下大功率IGBT在工作过程中基区载流子的分布特性,揭示了两种条件下基区载流子分布的差异性以及影响因素。研究表明:当器件栅极沟道处于导通状态时,基于两种条件得到的IGBT动静态特性基本一致。该结论可为大功率IGBT的动静态特性分析以及建模方法提供新思路。3、以准静态和非准静态条件下载流子分布的差异性为突破口,充分利用基于准静态条件对动静态特性建模的高效率优势,提出了一种快速、准确、通用的大功率IGBT动静态特性的建模方法。其中,当IGBT耗尽层边界在栅极附近时,提出了准静态条件下大功率IGBT的U-I外特性行为模型,该模型在保证精度的前提下避免载流子二维分布计算以及对栅极复杂结构参数的依赖,具有简单、提取参数少、精度高的优点,工程适用性极强。当IGBT耗尽层边界越过栅极区域时,基于有限差分原理,分别针对准静态和非准静态条件,完善了计及不同注入工况下基区过剩载流子的准确计算方法。通过试验以及与现有模型对比,验证了该建模方法在计算速度、计算精度以及对不同运行工况适用性方面的优势。4、基于MAST硬件设计语言,以典型4.5kV/3kA大功率压接型IGBT为例,成功将本文模型应用于通用电力电子仿真软件SABER。然后,针对典型15kA/3ms导通工况,计算分析了不同驱动电压下器件的导通损耗特性,基于分析结果,对驱动电压的选择提供了指导。以二极管全桥拓扑结构的半导体组件为例,研究了半导体组件内连接母排杂散电感的分布以及计算方法,基于部分单元等效电路原理提出一种适用于与圆柱形压接器件配合使用的圆柱形压接母排的部分电感通用计算方法。然后,研究了半导体组件内不同连接母排杂散电感对IGBT动态工作特性的影响,基于结论对规模化串联半导体组件的装配方案提出了相应建议。在此基础上进一步研究了不同母排结构下断路器半导体组件内杂散电感对并联IGBT关断动态均衡特性,提出了母排结构优化建议。本文研究结论可为IGBT器件的选型或定制、器件驱动单元的设计、半导体组件内部连接母排的优化设计等提供参考。