基于RB-IGBT的AC-AC谐振变换器及其驱动技术研究

发布时间：2020-10-28 17:50

　　 逆阻型绝缘栅双极晶体管(Reverse Blocking Insulated Gate Bipolar Transistor,RB-IGBT)自上个世纪九十年代出现以来,逐渐应用于T型三电平逆变器、矩阵变换器、开关电容AC-AC变换器等电力电子装置中。RB-IGBT具有反向电压阻断能力,采用其构成的双向可控开关与传统IGBT相比能显著降低导通压降和通态损耗。为解决国际上市电电压水平不同造成的电子设备无法通用的问题,本文研究了一种基于 RB-IGBT 的 AC-AC 谐振变换器(RB-IGBT based AC-AC resonant converter,RBACRC)。首先分析了RBACRC的拓扑和工作原理,反并联RB-IGBT构成的双向可控开关实现功率双向流动的同时,可显著降低器件的导通损耗。而基于开关电容思想,RBACRC通过引入谐振电感实现了所有RB-IGBT软开关动作,进一步降低了器件的开关损耗。此外,本文在建立RBACRC等效电路和数学模型基础上,分析了电路关键参数的设计原则。针对目前RB-IGBT分立器件无专用集成驱动器的现状,本文在分析RB-IGBT工作特性基础上,开展了RB-IGBT专用集成驱动技术的研究。首先分析了RB-IGBT驱动功率、电阻等关键驱动参数;同时研究了RB-IGBT的失效机理及保护解决方案,设计了栅极过压保护、退饱和检测及有源钳位等保护电路,以防止电路故障造成RB-IGBT寿命减小或失效。最后,本文开发了一套实验室原理样机,围绕本文开发的集成驱动器及RBACRC电路开展了详细的实验研究,实验结果验证了本文理论分析和设计方案的可行性。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
    1.1 研究背景及意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 AC-AC谐振变换器研究现状
        1.2.2 RB-IGBT驱动技术研究现状
    1.3 本文主要工作
2 基于RB-IGBT的AC-AC谐振变换器
    2.1 RBACRC工作原理
        2.1.1 拓扑结构
        2.1.2 工作原理
    2.2 数学建模
        2.2.1 暂态参数计算
        2.2.2 RBACRC等效电路
    2.3 参数设计
    2.4 仿真分析
    2.5 本章小结
3 RB-IGBT驱动技术研究
    3.1 RB-IGBT工作特性研究
        3.1.1 RB-IGBT的静态特性
        3.1.2 RB-IGBT的动态特性
        3.1.3 RB-IGBT的反向阻断特性
        3.1.4 RB-IGBT的反向漏电流特性
        3.1.5 RB-IGBT的安全工作区
    3.2 驱动电路参数计算
        3.2.1 驱动功率
        3.2.2 驱动电流
        3.2.3 驱动电阻
        3.2.4 驱动方案对比
    3.3 RB-IGBT驱动保护技术
        3.3.1 RB-IGBT失效分析
        3.3.2 栅极保护电路
        3.3.3 短路保护
        3.3.4 有源钳位
    3.4 其它设计问题
        3.4.1 系统供电设计
        3.4.2 驱动电路PCB布局
    3.5 本章小结
4 实验结果分析
    4.1 实验台设计
        4.1.1 硬件电路设计
        4.1.2 实验平台搭建
    4.2 实验测试及结果分析
        4.2.1 电压传感器测试
        4.2.2 双脉冲实验
        4.2.3 驱动保护电路实验分析
        4.2.4 RBACRC实验分析
    4.3 本章小结
5 总结与展望
    5.1 论文工作总结
    5.2 今后工作展望
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集

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本文编号：2860407