IGCT开通与关断电路的设计和验证

发布时间：2020-09-19 20:38

　　集成门极换流晶闸管(IGCT)是由门极换流晶闸管(GCT)与其门极驱动单元通过印刷电路板(PCB)集成在一起,构成的一种新型大功率半导体器件。IGCT既有比GTO更低的损耗,又有比IGBT更强的过流能力,有广泛的应用领域。GCT工作时必须借助于门极驱动器,门极驱动器中开通和关断电路是实现“硬驱动”的关键。本文以4000A/4500V的IGCT驱动器为研究对象,设计了其门极开通和关断电路,并进行了实验验证。主要内容如下:首先,介绍了 IGCT结构、工作机理、门极驱动器的组成及其驱动波形,并在此基础上提出了 IGCT开通与关断与电路的设计指标。其次,根据指标设计了 IGCT的开通和关断电路,阐述了 IGCT开通、关断电路的原理,分析了元器件参数选型。采用Cadence16.5软件对所设计的开通和关断电路进行仿真,开通、关断电路分别用二极管和IGCT电路模型代替IGCT门阴极,进行仿真分析、对比。采用Verilog语言编写开通、关断电路时序,实现其中功率MOSFET的通断控制。最后,分析了 IGCT门极回路杂散电感对“硬驱动”的影响,以及影响PCB杂散电感的因素。采用Altium Designer 15软件对IGCT开通和关断电路PCB进行合理的布局,对比分析了关断电路采用通用型和环绕型两种布局对PCB杂散电感的影响。搭建了试验电路,采用二极管负载对开通、关断电路进行验证。本文的研究成果对IGCT驱动器的设计与开发具有一定的参考价值。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN34
【部分图文】：

温度分布,封装结构,公司,杂散电感

元器件的可靠性都有很大的影响。IGCT 门极驱动 PCB 上的杂散电感是影响门极“硬驱动”的主要因素。为了减小门极回路的杂散电感实现 GCT“硬驱动”，对 PCB的合理布局是十分重要的。而国内外 IGCT 研究的重点一直集中在 GCT 的芯片设计，对IGCT 门极驱动器中开通、关断电路及其 PCB 的杂散电感研究相对较少，随着对 GCT 管芯电压电流等级的提高，对 IGCT 驱动要求也越来越高，所以这部分的研究是十分必要的。1.2 国内外研究进展1.2.1 国外研究进展ABB 是目前 IGCT 的主要生产公司，从 1997 年至今已成功的研发出了非对称型，逆导型，逆阻型三种 GCT 器件，集成门极换流晶闸管 IGCT 如图 1-1 所示，主要有两种结构环绕性和通用型均已广泛的投入市场中。环绕型如图 1-1(a)所示，GCT 器件被门极驱动电路环绕，这种结构的 IGCT 体积小，长宽约为 22cm 和 20cm，结构紧凑，坚固性和稳定性好，可承受大的机械应力，且温度分布均匀。通用型的结构如图 1-1(b)所示，长宽约为 43cm和 15cm，这种结构 GCT 与门极驱动电路的距离大约为 15cm，具有使用更加灵活方便的特点但是温度相对集中，抗机械应力差[9]。

关断,管壳,剖面图,结构图

1 绪论要来自开关过程，将关断单元集成于管壳内不利于施加散热装置，造成管壳内温度芯片烧毁，可靠性降低。其次管壳也是影响杂散电感的主要因素，关断电路的电容积大，集成于管壳内造成管壳体积增大，相应杂散增加。再者相对于将整个电路集块 PCB 板上而言这种通过电缆线连接的结构使得 IGCT 的串并联变得复杂。因此压 IGCT 只适用于小电流的 GCT 芯片。

实物,管壳

【参考文献】