高性能IGBT驱动板的设计

发布时间：2017-03-25 23:08

  本文关键词：高性能IGBT驱动板的设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近两年国内汽车的价格和竞争压力都在增大,行业利润率和销量已驶入下行通道。这一背景下,国家下发了一系列补贴政策鼓励新能源汽车发展,使之成为市场新宠。“十三五规划”报告明确提出,“大力发展和推广以电动汽车为主的新能源汽车,加快建设城市停车场和充电设施。”这意味着,电动汽车相比其他新能源能源汽车将成为该领域研究和发展的主力地位。IGBT驱动模块作为新能源汽车“三纵三横”发展战略中的一环,直接关系系统的可靠性。同时,驱动板作为高压主电路IGBT模块和低压PWM控制驱动部分的中转站,同时承担着驱动IGBT模块和保护该模块的任务,在IGBT工作中起着举足轻重的作用。本文以设计和研究IGBT驱动板为目标,主要分为以下几个方面：首先,结合IGBT的市场和在纯电动汽车中的应用,概述驱动模块发展现状。对具有代表性的产品进行了归纳和对比。以IGBT为研究对象,分析其结构,原理,失效因素等,作为驱动板驱动、保护要求和总体结构的依据。并用Saber软件创建了的一款IGBT的模型；其次,结合可行性方案利弊分析,设计了IGBT驱动板的电路图。电路主要分为母线电压的检测电路,IGBT及驱动板的温度检测和报错电路,隔离电源电路,驱动主电路。对驱动主电路一系列IGBT保护功能进行了原理分析。对隔离电路中的变压器进行了设计,搭建了驱动芯片内部逻辑结构,随后用Saber, Pispice对以上模块进行仿真,证明原理正确性。最后,为使驱动板能有效的抵御各层间信号的干扰,减少寄生电感,提高稳定性,分析了布局布线等要求,用Cadence Allegro设计和绘制了六层板。随后用相应的软件,进行了SI、PI仿真。验证信号质量的可靠性,对问题信号进行了优化。仿真PCB谐振和电流密度,对谐振点噪音较高的位置进行优化。为提高设计的驱动板可靠稳定性提供理论依据。
【关键词】：IGBT驱动板 PCB 信号完整性 电源完整性
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6;TN322.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题的研究背景和意义8-9
• 1.2 IGBT驱动板学术研究和产品开发现状9-14
• 1.2.1 学术研究现状10-11
• 1.2.2 IGBT驱动模块国内外产品开发现状11-14
• 1.3 主要研究内容、研究目标、拟解决的关键问题14-16
• 2 IGBT的特性和驱动板的要求16-26
• 2.1 IGBT的结构16-17
• 2.2 IGBT静态特性17-18
• 2.3 IGBT暂态特性18-21
• 2.4 IGBT的失效形式21-23
• 2.4.1 工艺局限性所致21-22
• 2.4.2 过应力因素22-23
• 2.5 对IGBT驱动板的要求23-25
• 2.6 小结25-26
• 3 IGBT驱动板原理设计26-37
• 3.1 流母线部分电压检测原理图26-27
• 3.2 温度检测电路27-29
• 3.3 PWM振荡电路和电压变换电路29-31
• 3.4 信号传送电路31
• 3.5 IGBT驱动主电路31-36
• 3.5.1 门极的过压保护32-33
• 3.5.2 集射极过压保护33-34
• 3.5.3 短路保护和主动米勒钳位34-36
• 3.6 小结36-37
• 4 IGBT驱动板部分电路原理仿真37-49
• 4.1 IGBT驱动主电路仿真37-39
• 4.1.1 驱动仿真电路的结构37-38
• 4.1.2 仿真与结果分析38-39
• 4.2 震荡电路的仿真39-41
• 4.3 变压器的设计和仿真41-44
• 4.3.1 变压器的设计41-43
• 4.3.2 变压器的仿真43-44
• 4.4 温度检测电路的仿真44-45
• 4.5 1ED020I12-FA芯片的功能及部分仿真45-48
• 4.5.1 芯片特点和驱动性能45-46
• 4.5.2 芯片的保护功能46-47
• 4.5.3 短路保护的仿真47-48
• 4.6 小结48-49
• 5 IGBT驱动板的PCB设计和板级仿真49-66
• 5.1 IGBT驱动板的PCB设计49-52
• 5.1.1 叠层设计49
• 5.1.2 布局49-52
• 5.2 IGBT驱动板的信号完整性仿真52-55
• 5.2.1 IBIS模型52-54
• 5.2.2 常见的信号完整性问题汇总54-55
• 5.3 驱动板的信号完整性分析55-60
• 5.3.1 震荡电路的PWM仿真55-56
• 5.3.2 /RDY信号56
• 5.3.3 /Flt信号56-57
• 5.3.4 驱动信号IN-57-59
• 5.3.5 温度报错信号Temp-flt仿真59-60
• 5.4 PCB板的谐振分析60-65
• 5.4.1 电流密度分布的仿真和优化60-62
• 5.4.2 谐振分析62-65
• 5.5 小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71

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本文编号：267908