自從20世紀(jì)80年代發(fā)明絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)以來(lái),IGBT技術(shù)發(fā)展迅速,其作為電能變換的核心器件,涵蓋了從幾十瓦到幾十兆瓦的電力電子應(yīng)用。目前IGBT已經(jīng)廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電器、工業(yè)控制、新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)、機(jī)車(chē)牽引和電動(dòng)汽車(chē)的交通運(yùn)輸領(lǐng)域,成為變流裝置的主要開(kāi)關(guān)器件。此外,IGBT卓越的性能使其不僅可以取代現(xiàn)有系統(tǒng)中傳統(tǒng)的完全可控的功率半導(dǎo)體器件,而且開(kāi)啟了更加廣泛且全新的應(yīng)用領(lǐng)域。中國(guó)作為能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó),IGBT也大量地運(yùn)用于功率變換之中,以實(shí)現(xiàn)新能源產(chǎn)生、傳輸和高能效地利用。IGBT驅(qū)動(dòng)技術(shù)作為IGBT應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)之一,對(duì)IGBT的可靠運(yùn)行非常重要,直接關(guān)系到系統(tǒng)的效率、可靠性和安全性。IGBT驅(qū)動(dòng)電路可以驅(qū)動(dòng)IGBT并對(duì)其整體性能進(jìn)行調(diào)控,它不僅影響了IGBT的動(dòng)態(tài)性能,同時(shí)也影響系統(tǒng)的成本和可靠性。驅(qū)動(dòng)電路的選擇及輸出功率的計(jì)算決定了換流系統(tǒng)的可靠性。驅(qū)動(dòng)電路功率不足或選擇錯(cuò)誤可能會(huì)直接導(dǎo)致IGBT損壞。雖然目前國(guó)內(nèi)外有許多專用的驅(qū)動(dòng)芯片,但是有些產(chǎn)品性能不夠完善,具有局限性,還有些產(chǎn)品性能卓越、通用性強(qiáng),但是價(jià)格昂貴,有時(shí)候達(dá)到了比IGBT的價(jià)格更高的程度,因此設(shè)計(jì)一種性能良好并且成本較低的IGBT驅(qū)動(dòng)電路具有非常重要的意義。針對(duì)以上問(wèn)題,本文在詳細(xì)分析了IGBT基本結(jié)構(gòu)、工作原理和特性、失效機(jī)理的基礎(chǔ)上,同時(shí)研究了IGBT驅(qū)動(dòng)電路中的驅(qū)動(dòng)要求、隔離方式、故障分類及保護(hù)電路,并針對(duì)常見(jiàn)的IGBT磁隔離驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)傳輸延遲問(wèn)題,設(shè)計(jì)了完整的高速傳輸?shù)腎GBT驅(qū)動(dòng)電路,包括高頻載波調(diào)制電路與高速解調(diào)電路、電平轉(zhuǎn)換與功率放大電路等。此外,在進(jìn)行了常見(jiàn)故障分析后,設(shè)計(jì)了包括柵極過(guò)壓保護(hù)、短路保護(hù)及欠壓、過(guò)溫等保護(hù)在內(nèi)的較為完善的IGBT保護(hù)電路,并設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)隔離DC/DC電源電路。最后,運(yùn)用Saber仿真軟件對(duì)整體驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了仿真分析,驗(yàn)證了方案的可行性,并搭建了硬件實(shí)驗(yàn)電路對(duì)方案進(jìn)行了驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)證明IGBT驅(qū)動(dòng)電路的輸出與設(shè)定相同,且輸入輸出之間具有較小的延時(shí),驗(yàn)證了驅(qū)動(dòng)電路能夠應(yīng)用于實(shí)際。整個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)電路具備成本低、可靠性高、驅(qū)動(dòng)功耗小、輸入輸出延時(shí)小等優(yōu)點(diǎn),能夠使IGBT工作在良好的開(kāi)關(guān)狀態(tài),并針對(duì)可能出現(xiàn)的故障情況進(jìn)行了保護(hù)電路設(shè)計(jì),方案的可行性和有效性也得到了驗(yàn)證。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM46
【部分圖文】：

一些具有主動(dòng)開(kāi)關(guān)功能的半導(dǎo)體器件（如功率 MOSFT 集成模塊，它們和 IGBT 一起，已經(jīng)逐漸開(kāi)始取代傳統(tǒng)的晶中晶閘管也在慢慢消失。而相對(duì)于其他大功率半導(dǎo)體器件， 顯示出其一系列的優(yōu)勢(shì)。例如，IGBT 和 MOSFET 可應(yīng)用于到被動(dòng)的短路關(guān)閉的任何情況，無(wú)須關(guān)閉整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還具時(shí)間短和開(kāi)關(guān)損耗相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。微電子技術(shù)的快速發(fā)展，半導(dǎo)體器件變得更容易且成本更低廉[7]。隨著電力電子技術(shù)的變革，目前市場(chǎng)上的 IGBT 模塊從高到低主要含有 3600A500V、800A/6500V 等眾多產(chǎn)品。T 作為新一代的功率半導(dǎo)體典型代表，其具有十分優(yōu)異的性能夠廣泛適用于交直流變換、U/I 變換的場(chǎng)景中，且損耗低。從、配電，新能源發(fā)電、智能家居等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)揮巨大優(yōu)勢(shì)。同等化合物為代表的半導(dǎo)體是新興材料的發(fā)展熱點(diǎn)[8]，這些材料壓、高頻率、高溫度的使用環(huán)境中，從而將會(huì)占有很大的市場(chǎng)電力電子技術(shù)發(fā)展方向與應(yīng)用前景。

圖 1.3 iCoupler 技術(shù)簡(jiǎn)圖Fig 1.3 Technical sketch of iCoupler如圖 1.3 所示，在整個(gè)系統(tǒng)中，初始信號(hào)中的上升沿經(jīng)過(guò)譯碼裝置，變換為短連續(xù)信號(hào)，同時(shí)下降沿轉(zhuǎn)換為單一短脈沖。兩種短脈沖通過(guò)變壓器隔離，傳輸?shù)蕉味�，最終經(jīng)過(guò)解碼裝置回復(fù)到初始信號(hào)，整個(gè)過(guò)程并不會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的丟失與損壞。文獻(xiàn)[16]在基于 iCoupler 技術(shù)的信號(hào)傳輸原理的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的脈沖寬度編解碼方法，與 iCoupler 技術(shù)的原理對(duì)比如圖 1.4 所示。INCPDDOUTINCPDDOUT（a) （b)

第五章 驅(qū)動(dòng)電路隔離電源分布參數(shù)影響及設(shè)計(jì)輸?shù)蕉蝹?cè)，而且隨著分布電容 和 的增。所以，分布電容 、 和 應(yīng)越小越好。通密度和高頻低損耗特性，選擇鐵氧體材質(zhì)的磁體材質(zhì)的磁芯還具備較高的磁通密度和較低情況下，不用類型的磁芯，其分布參數(shù)也各不環(huán)和 EP13 號(hào)磁芯進(jìn)行了部分參數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并異。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2854045