本文選題：IGBT + 驅(qū)動電路��； 參考：《電子科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)結(jié)合了MOSFET和流控器件的晶閘管的優(yōu)點,具有開關(guān)速度快、電流容量大、耐壓能力強、通態(tài)飽和壓降低且驅(qū)動電路簡單等特點,近年來在電力電子領(lǐng)域成為熱點,與其相對應(yīng)的一系列IGBT驅(qū)動電路也被廣泛的開發(fā)和應(yīng)用。本文結(jié)合IGBT的開關(guān)特性,設(shè)計出了一款開關(guān)過程優(yōu)化了的高壓IGBT驅(qū)動電路,該電路結(jié)合IGBT的動態(tài)特性,采用分段驅(qū)動的方式加快IGBT的開啟速度,同時通過調(diào)節(jié)放電支路的電流值來優(yōu)化IGBT的關(guān)斷過程。電路為全橋負高壓供電的拓撲結(jié)構(gòu),負高壓為400V,供電電平為15V,并集成了數(shù)字電路與模擬電路,具有結(jié)構(gòu)簡單,穩(wěn)定性好等優(yōu)點,可用于HID氙氣燈的鎮(zhèn)流器中。本文先是介紹了IGBT器件的基本結(jié)構(gòu)和特性,包括靜態(tài)特性和開關(guān)特性,對IGBT的開啟和關(guān)斷全過程做了詳細的闡述和推導(dǎo)。并對IGBT開啟和關(guān)斷過程中可能存在的電流過沖和電壓過沖做了分析。然后對IGBT驅(qū)動電路中常見的拓撲結(jié)構(gòu)和隔離方式做了對比,并分析了驅(qū)動電壓、柵極電阻、開關(guān)速度等參數(shù)的設(shè)計思路,為之后驅(qū)動電路的設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。設(shè)計的IGBT驅(qū)動電路主要包括保護模塊,控制模塊和驅(qū)動模塊三個部分。其中保護模塊包括欠壓保護電路、過溫保護電路、過流保護電路三個子電路,以保證電路工作在安全的工作狀態(tài);控制模塊包括避免同時導(dǎo)通電路、控制信號產(chǎn)生電路兩個子電路,控制信號產(chǎn)生電路里邊包括施密特觸發(fā)器,可以對輸入信號做整形,同時還會產(chǎn)生額外的兩個脈沖信號用于IGBT的分段開啟;驅(qū)動模塊則是通過前級產(chǎn)生的控制信號控制IGBT器件的開啟關(guān)斷,給負載供電。最后利用Cadence、Hspice等設(shè)計驗證軟件對子電路和系統(tǒng)整體電路進行了仿真。整體仿真包括系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下的仿真及處于欠壓、過溫、過流等異常工作狀態(tài)下的仿真,仿真優(yōu)化結(jié)果達到設(shè)計目標(biāo)。
[Abstract]:Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) combines the advantages of MOSFET and thyristor of current control device. It has the advantages of fast switching speed, large current capacity, strong withstand voltage, low on-state saturation voltage and simple drive circuit. In recent years, it has become a hot spot in the field of power electronics, and a series of IGBT driver circuits have been widely developed and applied. According to the switching characteristics of IGBT, this paper designs a high voltage IGBT drive circuit which is optimized by switching process. The circuit combines the dynamic characteristics of IGBT and accelerates the opening speed of IGBT by using the method of subsection driving. At the same time, the switching off process of IGBT is optimized by adjusting the current value of discharge branch. The circuit is a topology of full-bridge negative high-voltage power supply, with a negative voltage of 400V and a power supply level of 15V. The circuit integrates digital circuit and analog circuit. It has the advantages of simple structure and good stability. It can be used in the ballast of hid xenon lamp. This paper first introduces the basic structure and characteristics of IGBT devices, including static characteristics and switching characteristics, and makes a detailed description and derivation of the whole process of IGBT opening and turning off. The current overshoot and voltage overshoot that may exist in the process of IGBT opening and switching off are analyzed. Then the common topology and isolation mode of IGBT drive circuit are compared, and the design ideas of driving voltage, gate resistance, switch speed and other parameters are analyzed, which provides a theoretical basis for the later design of drive circuit. The IGBT driver circuit includes three parts: protection module, control module and drive module. The protection module includes three sub-circuits: the under-voltage protection circuit, the over-temperature protection circuit and the over-current protection circuit to ensure that the circuit works in a safe working state; The control signal generation circuit includes Schmitt flip-flop, which can shape the input signal and generate two additional pulse signals to open the IGBT. The driving module controls the switching off of IGBT device through the control signal generated by the previous stage to supply power to the load. Finally, the sub-circuit and the whole circuit of the system are simulated by the design and verification software of Cadence and HSpice. The whole simulation includes the simulation of the system in normal working state and the simulation under the abnormal working conditions such as undervoltage, overtemperature, overcurrent, etc. The simulation optimization results reach the design goal.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN322.8

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本文編號：2051118