IGCT电路模型与驱动电路关键技术的研究
发布时间：2022-05-08 15:10
集成门极换流晶闸管（IGCT）是一种新型大功率半导体器件,它是将门极换流晶闸管（GCT）和门极驱动器以低电感方式通过印制电路板（PCB）集成在一起,具有很好的应用前景。GCT的开通和关断需要借助集成门极“硬驱动”电路完成,驱动电路的优劣直接影响到器件的优良特性能否实现,因此必须严格控制电路中的杂散电感。并且,在驱动电路和应用系统的设计时缺少IGCT的电路仿真模型。本文针对以上问题,对4500V/4000AIGCT电路模型和驱动电路的关键技术进行研究和探讨,主要内容有以下几个方面:1.研究IGCT的开关原理和内部换流机理,建立IGCT的“硬驱动”电路仿真模型（M-2T-3R-C）,该模型能够较准确地表征IGCT开关特性和内部换流机理,在电路仿真时可以替代GCT器件。对关键模型参数进行分析与提取,验证该模型的准确性。在此基础上建立了双芯GCT（Dual-GCT）的电路仿真模型,将仿真波形与同条件下的实验波形对比,验证了该模型的准确性。并基于SiC功率MOSFET的IGCT电路模型进行参数提取,仿真结果表明采用SiC功率MOSFET的电路模型与普通Si MOSFET的相比,可将IGCT的关断...
【文章页数】：108 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 IGCT发展及现状
1.2 IGCT电路模型的研究意义与现状
1.2.1 IGCT电路模型的研究意义
1.2.2 IGCT电路模型的研究现状
1.3 IGCT驱动电路的研究意义与现状
1.3.1 IGCT驱动电路的研究意义
1.3.2 IGCT驱动电路的研究现状
1.4 本文的主要研究内容
2 IGCT硬驱动电路仿真模型建模与验证
2.1 IGCT结构与工作原理分析
2.1.1 GCT管芯结构和双晶体管等效模型
2.1.2 IGCT内部换流机理、开关特性和门极特性
2.2 IGCT硬驱动电路仿真模型建模
2.2.1 IGCT单元电路模型
2.2.2 IGCT硬驱动电路仿真模型
2.3 模型关键参数提取方法
2.3.1 MOSFET特性参数
2.3.2 双极晶体管特性参数
2.3.3 电阻值
2.3.4 J2 结势垒电容值
2.3.5 分布参数值
2.4 4500 V电压等级IGCT硬驱动电路仿真模型测试分析
2.4.1 4500 V/2500A IGCT电路模型特性测试分析
2.4.2 4500 V/4000A/3300A IGCT电路模型特性测试分析
2.5 Dual-GCT硬驱动电路仿真模型建模和测试分析
2.5.1 Dual-GCT电路仿真模型建模及关键参数提取
2.5.2 Dual-GCT电路仿真模型动态测试与分析
2.6 基于SiC MOSFET的 IGCT电路仿真模型建模和测试分析
2.7 本章小结
3 IGCT关断回路优化和杂散电感的分析
3.1 IGCT关断箝位电路的工作状态及电路参数的优化
3.1.1 传统箝位电路传统参数计算
3.1.2 箝位电路优化参数优化
3.2 IGCT关断回路杂散电感控制因素和测量
3.2.1 关断回路PCB杂散电感控制因素
3.2.2 不同杂散电感对关断性能影响的仿真验证
3.2.3 杂散电感的实验验证
3.3 关断电路杂散电感的测量
3.3.1 杂散电感的计算
3.3.2 杂散电感的测量
3.4 本章小结
4 IGCT主驱动电路工作原理和设计
4.1 主驱动电路的工作原理及关键问题
4.1.1 主驱动电路的工作原理
4.1.2 主驱动电路需要解决的关键问题
4.2 主驱动电路设计与仿真
4.2.1 主驱动电路技术指标
4.2.2 主驱动电路设计
4.2.3 主驱动电路仿真
4.3 本章小结
5 IGCT逻辑监测模块的研究和整体驱动电路的实现
5.1 IGCT驱动电路的工作原理
5.2 IGCT逻辑控制模块
5.2.1 光纤驱动模块
5.2.2 驱动器主电路的逻辑控制模块
5.3 IGCT检测模块和反馈系统模块
5.3.1 门阴极电压检测模块
5.3.2 IGCT外部重触发的研究
5.3.3 反馈系统模块
5.4 IGCT整体驱动电路的实现
5.4.1 驱动电路原理图
5.4.2 驱动电路的版图设计
5.5 本章小结
6 IGCT驱动电路性能测试和分析
6.1 驱动电路阳极低电压测试
6.1.1 实验测试平台
6.1.2 主驱动电路实验验证
6.1.3 监测电路实验验证
6.2 驱动电路一次脉冲开关实验验证
6.3 驱动电路二次脉冲开关实验验证
6.3.1 二次脉冲测试原理
6.3.2 关断波形分析
6.3.3 开通波形分析
6.4 本章小结
7 结束语
7.1 主要结论
7.2 论文创新点
7.3 今后研究的工作设想
致谢
参考文献
攻读博士学位期间成果
本文编号：3651884
【文章页数】：108 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 IGCT发展及现状
1.2 IGCT电路模型的研究意义与现状
1.2.1 IGCT电路模型的研究意义
1.2.2 IGCT电路模型的研究现状
1.3 IGCT驱动电路的研究意义与现状
1.3.1 IGCT驱动电路的研究意义
1.3.2 IGCT驱动电路的研究现状
1.4 本文的主要研究内容
2 IGCT硬驱动电路仿真模型建模与验证
2.1 IGCT结构与工作原理分析
2.1.1 GCT管芯结构和双晶体管等效模型
2.1.2 IGCT内部换流机理、开关特性和门极特性
2.2 IGCT硬驱动电路仿真模型建模
2.2.1 IGCT单元电路模型
2.2.2 IGCT硬驱动电路仿真模型
2.3 模型关键参数提取方法
2.3.1 MOSFET特性参数
2.3.2 双极晶体管特性参数
2.3.3 电阻值
2.3.4 J2 结势垒电容值
2.3.5 分布参数值
2.4 4500 V电压等级IGCT硬驱动电路仿真模型测试分析
2.4.1 4500 V/2500A IGCT电路模型特性测试分析
2.4.2 4500 V/4000A/3300A IGCT电路模型特性测试分析
2.5 Dual-GCT硬驱动电路仿真模型建模和测试分析
2.5.1 Dual-GCT电路仿真模型建模及关键参数提取
2.5.2 Dual-GCT电路仿真模型动态测试与分析
2.6 基于SiC MOSFET的 IGCT电路仿真模型建模和测试分析
2.7 本章小结
3 IGCT关断回路优化和杂散电感的分析
3.1 IGCT关断箝位电路的工作状态及电路参数的优化
3.1.1 传统箝位电路传统参数计算
3.1.2 箝位电路优化参数优化
3.2 IGCT关断回路杂散电感控制因素和测量
3.2.1 关断回路PCB杂散电感控制因素
3.2.2 不同杂散电感对关断性能影响的仿真验证
3.2.3 杂散电感的实验验证
3.3 关断电路杂散电感的测量
3.3.1 杂散电感的计算
3.3.2 杂散电感的测量
3.4 本章小结
4 IGCT主驱动电路工作原理和设计
4.1 主驱动电路的工作原理及关键问题
4.1.1 主驱动电路的工作原理
4.1.2 主驱动电路需要解决的关键问题
4.2 主驱动电路设计与仿真
4.2.1 主驱动电路技术指标
4.2.2 主驱动电路设计
4.2.3 主驱动电路仿真
4.3 本章小结
5 IGCT逻辑监测模块的研究和整体驱动电路的实现
5.1 IGCT驱动电路的工作原理
5.2 IGCT逻辑控制模块
5.2.1 光纤驱动模块
5.2.2 驱动器主电路的逻辑控制模块
5.3 IGCT检测模块和反馈系统模块
5.3.1 门阴极电压检测模块
5.3.2 IGCT外部重触发的研究
5.3.3 反馈系统模块
5.4 IGCT整体驱动电路的实现
5.4.1 驱动电路原理图
5.4.2 驱动电路的版图设计
5.5 本章小结
6 IGCT驱动电路性能测试和分析
6.1 驱动电路阳极低电压测试
6.1.1 实验测试平台
6.1.2 主驱动电路实验验证
6.1.3 监测电路实验验证
6.2 驱动电路一次脉冲开关实验验证
6.3 驱动电路二次脉冲开关实验验证
6.3.1 二次脉冲测试原理
6.3.2 关断波形分析
6.3.3 开通波形分析
6.4 本章小结
7 结束语
7.1 主要结论
7.2 论文创新点
7.3 今后研究的工作设想
致谢
参考文献
攻读博士学位期间成果
本文编号：3651884
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3651884.html
