發(fā)布時(shí)間：2018-06-22 02:22

  本文選題：IGBT + 驅(qū)動(dòng)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(diǎn),具有開(kāi)關(guān)速度快、電流容量大、耐壓能力強(qiáng)、通態(tài)飽和壓降低且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn),近年來(lái)在電力電子領(lǐng)域成為熱點(diǎn),與其相對(duì)應(yīng)的一系列IGBT驅(qū)動(dòng)電路也被廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。本文結(jié)合IGBT的開(kāi)關(guān)特性,設(shè)計(jì)出了一款開(kāi)關(guān)過(guò)程優(yōu)化了的高壓IGBT驅(qū)動(dòng)電路,該電路結(jié)合IGBT的動(dòng)態(tài)特性,采用分段驅(qū)動(dòng)的方式加快IGBT的開(kāi)啟速度,同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)放電支路的電流值來(lái)優(yōu)化IGBT的關(guān)斷過(guò)程。電路為全橋負(fù)高壓供電的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),負(fù)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(jiǎn)單,穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),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(kāi)關(guān)特性,對(duì)IGBT的開(kāi)啟和關(guān)斷全過(guò)程做了詳細(xì)的闡述和推導(dǎo)。并對(duì)IGBT開(kāi)啟和關(guān)斷過(guò)程中可能存在的電流過(guò)沖和電壓過(guò)沖做了分析。然后對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)電路中常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和隔離方式做了對(duì)比,并分析了驅(qū)動(dòng)電壓、柵極電阻、開(kāi)關(guān)速度等參數(shù)的設(shè)計(jì)思路,為之后驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)的IGBT驅(qū)動(dòng)電路主要包括保護(hù)模塊,控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊三個(gè)部分。其中保護(hù)模塊包括欠壓保護(hù)電路、過(guò)溫保護(hù)電路、過(guò)流保護(hù)電路三個(gè)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(shí)導(dǎo)通電路、控制信號(hào)產(chǎn)生電路兩個(gè)子電路,控制信號(hào)產(chǎn)生電路里邊包括施密特觸發(fā)器,可以對(duì)輸入信號(hào)做整形,同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生額外的兩個(gè)脈沖信號(hào)用于IGBT的分段開(kāi)啟;驅(qū)動(dòng)模塊則是通過(guò)前級(jí)產(chǎn)生的控制信號(hào)控制IGBT器件的開(kāi)啟關(guān)斷,給負(fù)載供電。最后利用Cadence、Hspice等設(shè)計(jì)驗(yàn)證軟件對(duì)子電路和系統(tǒng)整體電路進(jìn)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(guò)溫、過(guò)流等異常工作狀態(tài)下的仿真,仿真優(yōu)化結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TN322.8

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本文編號(hào)：2051118