雙芯GCT（Dual-GCT）是一種新型的電力半導(dǎo)體器件,將兩個結(jié)構(gòu)相同、少子壽命不同的非對稱型GCT集成在一個芯片上,采用兩個門極分別來控制,具有極低的損耗。雙芯GCT正�？煽康墓ぷ餍杞柚趦商组T極驅(qū)動電路,并以“硬驅(qū)動”方式控制其工作狀態(tài)。本文以2kA/4.5kV雙芯GCT為研究對象,設(shè)計(jì)了其門極驅(qū)動器。主要工作內(nèi)容如下:首先,闡述了雙芯GCT器件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其工作原理,分析了雙芯GCT驅(qū)動器中開通、維持、關(guān)斷以及邏輯控制各部分電路的工作原理。依據(jù)2kA/4.5kV雙芯GCT驅(qū)動器的設(shè)計(jì)指標(biāo),分析了電路工作原理,并對元件參數(shù)進(jìn)行了選型。其次,對課題組原維持電路進(jìn)行改進(jìn)。采用STM32芯片為維持電路提供時序脈沖,設(shè)計(jì)了維持電路的新方案,通過控制維持電路MOS管導(dǎo)通時間的PWM脈寬,形成閉環(huán)調(diào)節(jié),使輸出電流穩(wěn)定在2～8A內(nèi)。通過Psim軟件仿真和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證,測試結(jié)果表明,改進(jìn)后的維持電路可以顯著的縮短響應(yīng)時間。再次,對驅(qū)動器中邏輯控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用STM32作為雙芯GCT驅(qū)動器的主芯片,協(xié)調(diào)發(fā)出控制各部分電路MOSFET工作的時序脈沖,并結(jié)合門-陰極、陽-陰極狀態(tài)檢測電路,完成... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【圖文】：

環(huán)繞型和通用

西安理工大學(xué)碩士論文21.2.IGCT國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1IGCT國外研究現(xiàn)狀I(lǐng)GCT是于1996年由瑞士ABB公司首次研發(fā)出來的，并且設(shè)計(jì)出了配套的IGCT門極驅(qū)動器。如圖1-1所示，ABB公司主要生產(chǎn)的IGCT按照不同驅(qū)動器電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有兩種封裝結(jié)構(gòu)，分別是環(huán)繞型和通用型[14]。ABB公司目前的產(chǎn)品按電壓等級劃分主要為4.5kV、5.5～6kV、9kV、10kV四種電壓等級系列[15]，其中6.5kV/3.8kA為最高電壓等級。按電流等級劃分，非對稱型IGCT主要為3kA、3.8kA和4kA三種電流等級，逆導(dǎo)型IGCT主要為0.9kA、1.1kA和2.2kA三種電壓等級，其中4.5kV/5kA為最大電流等級。由于電流等級不同，針對門極驅(qū)動電流不同驅(qū)動器也有所不同。（a）環(huán)繞型IGCT（b）通用型IGCT圖1-1環(huán)繞型和通用型IGCT示意圖Fig.1-1SchematicdiagramofsurroundandgeneralIGCT圖1-2所示為ABB公司的IGCT門極驅(qū)動器原理框圖。圖中IGCT驅(qū)動系統(tǒng)包括直流電源模塊、開通、關(guān)斷電路模塊，光纖接口模塊及邏輯控制模塊，主電路連接在GCT芯片的門-陰極間[16-18]。圖1-2ABB公司IGCT驅(qū)動器原理框圖Fig.1-2ABBcompanyIGCTdrivecircuitblockdiagram2005年日本三菱公司開發(fā)出6kV/6kA的非對稱型IGCT。為減小印刷電路板面積，封裝結(jié)構(gòu)將關(guān)斷電路的MOSFET管排列在印刷電路板底部，電容組排列在頂部，如圖1-3

1.緒論3所示。這種封裝方式降低了阻抗回路，但是同時增加了可靠性降低的風(fēng)險(xiǎn)[19]。（a）6kV/6kA的非對稱型IGCT（b）6kV/6kA非對稱型IGCT封裝截面圖圖1-3日本三菱公司IGCT示意圖Fig.1-3JapanMitsubishiCorporationIGCTschematic2006年ABB公司研發(fā)出內(nèi)部換流晶閘管（ICT）。為簡化驅(qū)動器的設(shè)計(jì)，將關(guān)斷電路集成在GCT芯片管殼封裝內(nèi)，電路布局如圖1-4所示，這樣可以穩(wěn)定驅(qū)動器的性能，但是將關(guān)斷電路集成在GCT芯片管殼封裝內(nèi)，由于GCT工作溫度較高，容易造成由芯片過熱引起關(guān)斷電路熱失效，從而降低器件可靠性。圖1-4ABB公司ICT電路示意圖Fig.1-4ABB"sICTcircuitlayout2009年，德美合作研發(fā)的雙芯GCT（Dual-GCT）。結(jié)構(gòu)如圖1-5所示，它是由兩個GCT器件并聯(lián)構(gòu)成的，GCT-A和GCT-B共用陽-陰極，門極分立。這種結(jié)構(gòu)可以提高電流處理能力，降低開關(guān)損耗，提高器件性能[20]。圖1-5Dual-GCT芯片結(jié)構(gòu)圖Fig.1-5Dual-GCTchipstructurediagram在圖1-5中，GCT-A具有低導(dǎo)通損特性，GCT-B具有低開關(guān)損耗特性。其中GCT-A采用中心門極，GCT-B采用環(huán)形門極，用隔離環(huán)將GCT-A和GCT-B電隔離開。芯片背面


本文編號：2983933