自從20世紀(jì)80年代發(fā)明絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)以來,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)用于消費類電器、工業(yè)控制、新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)、機(jī)車牽引和電動汽車的交通運輸領(lǐng)域,成為變流裝置的主要開關(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,而且開啟了更加廣泛且全新的應(yīng)用領(lǐng)域。中國作為能源生產(chǎn)和消費大國,IGBT也大量地運用于功率變換之中,以實現(xiàn)新能源產(chǎn)生、傳輸和高能效地利用。IGBT驅(qū)動技術(shù)作為IGBT應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)之一,對IGBT的可靠運行非常重要,直接關(guān)系到系統(tǒng)的效率、可靠性和安全性。IGBT驅(qū)動電路可以驅(qū)動IGBT并對其整體性能進(jìn)行調(diào)控,它不僅影響了IGBT的動態(tài)性能,同時也影響系統(tǒng)的成本和可靠性。驅(qū)動電路的選擇及輸出功率的計算決定了換流系統(tǒng)的可靠性。驅(qū)動電路功率不足或選擇錯誤可能會直接導(dǎo)致IGBT損壞。雖然目前國內(nèi)外有許多專用的驅(qū)動芯片,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),但是價格昂貴,有時候達(dá)到了比IGBT的價格更高的程度,因此設(shè)計一種性能良好并且成本較低的IGBT驅(qū)動電路具有非常重要的意義。針對以上問題,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,同時研究了IGBT驅(qū)動電路中的驅(qū)動要求、隔離方式、故障分類及保護(hù)電路,并針對常見的IGBT磁隔離驅(qū)動電路的信號傳輸延遲問題,設(shè)計了完整的高速傳輸?shù)腎GBT驅(qū)動電路,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)行了常見故障分析后,設(shè)計了包括柵極過壓保護(hù)、短路保護(hù)及欠壓、過溫等保護(hù)在內(nèi)的較為完善的IGBT保護(hù)電路,并設(shè)計驅(qū)動隔離DC/DC電源電路。最后,運用Saber仿真軟件對整體驅(qū)動電路進(jìn)行了仿真分析,驗證了方案的可行性,并搭建了硬件實驗電路對方案進(jìn)行了驗證,實驗證明IGBT驅(qū)動電路的輸出與設(shè)定相同,且輸入輸出之間具有較小的延時,驗證了驅(qū)動電路能夠應(yīng)用于實際。整個IGBT驅(qū)動電路具備成本低、可靠性高、驅(qū)動功耗小、輸入輸出延時小等優(yōu)點,能夠使IGBT工作在良好的開關(guān)狀態(tài),并針對可能出現(xiàn)的故障情況進(jìn)行了保護(hù)電路設(shè)計,方案的可行性和有效性也得到了驗證。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM46
【部分圖文】：

一些具有主動開關(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)逐漸開始取代傳統(tǒng)的晶中晶閘管也在慢慢消失。而相對于其他大功率半導(dǎo)體器件， 顯示出其一系列的優(yōu)勢。例如，IGBT 和 MOSFET 可應(yīng)用于到被動的短路關(guān)閉的任何情況，無須關(guān)閉整個網(wǎng)絡(luò)，同時還具時間短和開關(guān)損耗相對較低等優(yōu)點。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。同等化合物為代表的半導(dǎo)體是新興材料的發(fā)展熱點[8]，這些材料壓、高頻率、高溫度的使用環(huán)境中，從而將會占有很大的市場電力電子技術(shù)發(fā)展方向與應(yīng)用前景。

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

第五章 驅(qū)動電路隔離電源分布參數(shù)影響及設(shè)計輸?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 號磁芯進(jìn)行了部分參數(shù)實驗測試，并異。
【參考文獻(xiàn)】

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1 王亮亮;楊媛;劉海鋒;高勇;;一種大功率IGBT軟開關(guān)驅(qū)動電路[J];電力電子技術(shù);2015年07期

2 梁美;鄭瓊林;可翀;李艷;游小杰;;SiC MOSFET、Si CoolMOS和IGBT的特性對比及其在DAB變換器中的應(yīng)用[J];電工技術(shù)學(xué)報;2015年12期

3 劉海紅;楊媛;劉海鋒;;大功率IGBT驅(qū)動保護(hù)方法研究進(jìn)展綜述[J];電子設(shè)計工程;2015年07期

4 曲延昌;;一種大功率變頻器的過流保護(hù)控制方案研究[J];電氣傳動;2014年08期

5 謝舜蒙;楊光;馬伯樂;忻力;;大功率IGBT驅(qū)動信號隔離技術(shù)研究[J];大功率變流技術(shù);2014年02期

6 王學(xué)梅;;寬禁帶碳化硅功率器件在電動汽車中的研究與應(yīng)用[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2014年03期

7 雷明;程善美;于孟春;姚文海;;基于變門極電阻的IGBT軟關(guān)斷實現(xiàn)[J];電力電子技術(shù);2012年12期

8 盛況;郭清;張軍明;錢照明;;碳化硅電力電子器件在電力系統(tǒng)的應(yīng)用展望[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2012年30期

9 岳守俊;;基于驅(qū)動元件2QD30A17K-I的變頻控制系統(tǒng)研制[J];變頻器世界;2012年10期

10 羅志清;劉慶;袁漢祖;趙小波;;新型IGBT驅(qū)動器2SC0435T的應(yīng)用[J];艦船電子工程;2012年08期

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1 薛鵬;高壓IGBT的失效機(jī)理分析[D];電子科技大學(xué);2016年

2 惠斌;一種高速高壓半橋驅(qū)動電路的分析與設(shè)計[D];西北大學(xué);2010年

本文編號：2854045