双芯GCT驱动器逻辑电路的设计

发布时间：2020-04-06 03:55

【摘要】：双芯GCT(Dual-GCT)是在集成门极换流晶闸管(IGCT)的基础上发展而来的一种新型大功率电力半导体器件,它是将两个具有不同特性的GCT集成在单个芯片上,进一步降低器件总损耗,在中高压电力电子技术领域有广阔的应用前景。由于双芯GCT关断时两个GCT关断信号之间有延时,所以需要为双芯GCT的驱动器设计更合理的逻辑电路,保障双芯GCT及其驱动系统的稳定运行。本文针对双芯GCT的逻辑电路进行了研究与设计。主要工作内容如下:1.根据双芯GCT的结构特点和门极驱动信号的时序要求,分析了逻辑电路组成和功能,将逻辑电路划分为逻辑控制模块与状态检测模块。结合双芯GCT主驱动器的开通、维持和关断电路,对逻辑电路的原理进行了详细分析。以NPC三电平电路为例,分析了双芯GCT需重触发的工况,确定器件处于不同状态的电压阈值,作为检测系统的判断依据。2.逻辑控制模块的设计与仿真。通过对逻辑控制模块的原理及要求进行分析,确定了逻辑控制模块的控制流程及实现方法。考虑到FPGA高速、并行执行的特点,选用FPGA作为控制芯片,利用硬件描述语言Verilog HDL设计逻辑控制模块,并采用ISE Design Suite软件对所设计的逻辑控制模块进行功能仿真。3.状态检测模块的设计与验证。根据检测模块的功能要求,确定检测模块的设计方案,通过将器件的电压检测值与阈值进行比较,作为逻辑控制模块判断器件状态的依据。采用Cadence软件,对所设计的检测模块进行仿真。然后对运放芯片及元器件进行参数选型,用Altiun Designer软件绘制了PCB板,对该模块进行了实验验证。4.驱动器逻辑电路的验证。将逻辑控制模块与状态检测模块相结合,通过指定检测模块的电压输入信号,模拟器件的不同状态,对逻辑电路进行验证。结果表明,逻辑电路满足设计要求。
【图文】：

等效电路图,概念,导通损耗,产品

GCTB（a）双芯 GCT 结构（b）双芯 GCT 等效电路图1-1 双芯GCT概念Fig.1-1 Dual-GCT Concept1.1 研究背景及意义GCT 通常作为功能单元连同其门极驱动器（称为 IGCT）一起作为一个模块使用，这有利于提高可靠性，降低损耗，但针对不同的应用场合，用户需要在不同系列的 IGCT 产品中选择，以降低成本。例如在 AC/DC 断路器（SSB）中需选用低导通损耗的产品，在中高压变频器（MVD）中需选用低开关损耗的产品，在牵引和电源管理中需选用开关损耗和导通损耗都相对较低的产品。鉴于此，为最大化特定应用的器件性能，必须仔细调整导通损耗与

通态压降,关断损耗

西安理工大学硕士学位论文前有学者提出将导通电流和开关电流分开处理，使用两，在文献[10]中，选择绝缘栅双极晶体管（IGBT）来传，这种方案汲取了并联器件各自的优点，充分利用了 IG关损耗，避免了 IGBT 拖尾电流引起的关断损耗和 MO一种方案是使用类型相同，，特性优化不同的设备，模块型器件（如 GCT）因为其压接外壳和单芯片的实现形GCT 概念的提出，为解决这一问题提供了思路，在不改化了导通损耗的 GCT-A 与优化了开关损耗的 GCT-B 集能。图 1-2 显示了 ABB 公司三种产品化的非对称型 [12]，其电压电流等级都为 4kA/4.5kV。12 系列代表导通0 系列代表总体损耗较低的 IGCT 单元，11 系列代表开T 相比，在通态压降相同的条件下，双芯 GCT 的总体损。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN402

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