【摘要】：雙芯GCT(Dual-GCT)是在集成門極換流晶閘管(IGCT)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新型大功率電力半導(dǎo)體器件,它是將兩個(gè)具有不同特性的GCT集成在單個(gè)芯片上,進(jìn)一步降低器件總損耗,在中高壓電力電子技術(shù)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。由于雙芯GCT關(guān)斷時(shí)兩個(gè)GCT關(guān)斷信號(hào)之間有延時(shí),所以需要為雙芯GCT的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)更合理的邏輯電路,保障雙芯GCT及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文針對(duì)雙芯GCT的邏輯電路進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。主要工作內(nèi)容如下:1.根據(jù)雙芯GCT的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序要求,分析了邏輯電路組成和功能,將邏輯電路劃分為邏輯控制模塊與狀態(tài)檢測(cè)模塊。結(jié)合雙芯GCT主驅(qū)動(dòng)器的開通、維持和關(guān)斷電路,對(duì)邏輯電路的原理進(jìn)行了詳細(xì)分析。以NPC三電平電路為例,分析了雙芯GCT需重觸發(fā)的工況,確定器件處于不同狀態(tài)的電壓閾值,作為檢測(cè)系統(tǒng)的判斷依據(jù)。2.邏輯控制模塊的設(shè)計(jì)與仿真。通過對(duì)邏輯控制模塊的原理及要求進(jìn)行分析,確定了邏輯控制模塊的控制流程及實(shí)現(xiàn)方法�？紤]到FPGA高速、并行執(zhí)行的特點(diǎn),選用FPGA作為控制芯片,利用硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL設(shè)計(jì)邏輯控制模塊,并采用ISE Design Suite軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的邏輯控制模塊進(jìn)行功能仿真。3.狀態(tài)檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。根據(jù)檢測(cè)模塊的功能要求,確定檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)方案,通過將器件的電壓檢測(cè)值與閾值進(jìn)行比較,作為邏輯控制模塊判斷器件狀態(tài)的依據(jù)。采用Cadence軟件,對(duì)所設(shè)計(jì)的檢測(cè)模塊進(jìn)行仿真。然后對(duì)運(yùn)放芯片及元器件進(jìn)行參數(shù)選型,用Altiun Designer軟件繪制了PCB板,對(duì)該模塊進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。4.驅(qū)動(dòng)器邏輯電路的驗(yàn)證。將邏輯控制模塊與狀態(tài)檢測(cè)模塊相結(jié)合,通過指定檢測(cè)模塊的電壓輸入信號(hào),模擬器件的不同狀態(tài),對(duì)邏輯電路進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,邏輯電路滿足設(shè)計(jì)要求。
【圖文】：

GCTB（a）雙芯 GCT 結(jié)構(gòu) （b）雙芯 GCT 等效電路圖1-1 雙芯GCT概念Fig.1-1 Dual-GCT Concept1.1 研究背景及意義GCT 通常作為功能單元連同其門極驅(qū)動(dòng)器（稱為 IGCT）一起作為一個(gè)模塊使用，這有利于提高可靠性，降低損耗，但針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，用戶需要在不同系列的 IGCT 產(chǎn)品中選擇，以降低成本。例如在 AC/DC 斷路器（SSB）中需選用低導(dǎo)通損耗的產(chǎn)品，在中高壓變頻器（MVD）中需選用低開關(guān)損耗的產(chǎn)品，在牽引和電源管理中需選用開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗都相對(duì)較低的產(chǎn)品。鑒于此，為最大化特定應(yīng)用的器件性能，必須仔細(xì)調(diào)整導(dǎo)通損耗與

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文前有學(xué)者提出將導(dǎo)通電流和開關(guān)電流分開處理，使用兩，在文獻(xiàn)[10]中，選擇絕緣柵雙極晶體管（IGBT）來傳，這種方案汲取了并聯(lián)器件各自的優(yōu)點(diǎn)，充分利用了 IG關(guān)損耗，避免了 IGBT 拖尾電流引起的關(guān)斷損耗和 MO一種方案是使用類型相同，，特性優(yōu)化不同的設(shè)備，模塊型器件（如 GCT）因?yàn)槠鋲航油鈿ず蛦涡酒膶?shí)現(xiàn)形GCT 概念的提出，為解決這一問題提供了思路，在不改化了導(dǎo)通損耗的 GCT-A 與優(yōu)化了開關(guān)損耗的 GCT-B 集能。圖 1-2 顯示了 ABB 公司三種產(chǎn)品化的非對(duì)稱型 [12]，其電壓電流等級(jí)都為 4kA/4.5kV。12 系列代表導(dǎo)通0 系列代表總體損耗較低的 IGCT 單元，11 系列代表開T 相比，在通態(tài)壓降相同的條件下，雙芯 GCT 的總體損。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN402

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