基于光纤通信与电源供电的IGBT光驱动技术研究

发布时间：2017-09-02 18:34

  本文关键词：基于光纤通信与电源供电的IGBT光驱动技术研究

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【摘要】：随着电力电子技术逐渐向大功率、低损耗、高集成方向发展,作为功率半导体器件新一代最具典型代表的IGBT,由于其综合了MOSFET和GTR两种器件的性能而具有输入电阻大、导通损耗低、承受耐高压高、开关频率高且开关速度快等特点,被广泛应用于各种变流系统。而IGBT驱动电路作为IGBT应用的关键技术之一,其性能的好坏直接决定IGBT及其整个装置系统能否安全可靠的工作,因此设计一款集成度高、适用性强且性能良好的IGBT驱动器具有重要意义。论文对IGBT基本结构、工作机理及驱动要求和驱动电路的发展现状、应用领域及性能要求进行详细的阐述和分析,并结合光纤通信的优点、光纤通信系统的基本结构和光电器件中LED、光电池等发光器件和受光器件的工作机理及应用,提出一种IGBT驱动与光纤通信、光电器件应用相结合的IGBT光驱动技术。针对IGBT光驱动技术的应用,论文设计一种采用FPGA作为控制中心集光发射器、光纤线路、光接收器、独立供电模块为一体的基于光纤通信与电源供电的IGBT光驱动器。设计的IGBT光驱动器包括FPGA指令控制模块、光发射器模块、光接收器模块和光纤线路,FPGA控制模块作为脉冲指令控制端,采用EP1C系列的EP1C3T144C8为控制中心,以48MHz时钟控制,并设有复位电路、FLASH配置电路、串行配置下载接口等基本外围模块电路;光发射器作为信号调制与驱动模块,采用基于BJT的共集电极基本放大电路作为信号调制与驱动电路,采用大功率白色LED作为发射光源,实现电信号和电能到光信号和光能的转换;光接收器作为集信号解调、电源供电、IGBT驱动为一体的接收模块,采用硫化镉光电池为光能接收的供电模块,采用Pt19-21C光电管为光信号解调器,通过电压放大、电平转移、脉冲变换后输出,实现脉冲高电平上升沿驱动IGBT导通和负脉冲驱动IGBT关断;光纤线路作为光信号与光能的光波传输介质,一端连接光发射器、另一端连接光接收器。本论文使用proteus、saber、quartusII等工具对控制模块、光发射器、光接收器等电路进行仿真优化并搭建模块电路进行波形测试,使用Altium Designer工具完成控制电路与光发射器为一体和光接收器PCB版图设计,最后完成“基于单根光纤供电与脉冲信号传输的光驱动IGBT装置”的知识产权申请和硕士论文撰写。
【关键词】：IGBT 光驱动器 光纤通信 光电器件
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.11;TN322.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 引言10-11
• 1.1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.2 课题研究意义11
• 1.2 IGBT驱动的发展现状11-12
• 1.3 光纤通信的特点12-13
• 1.4 光电技术的发展应用13
• 1.5 课题的主要研究内容以及论文安排13-14
• 1.6 本章小结14-15
• 第二章 IGBT光驱动技术及光纤通信原理15-37
• 2.1 IGBT工作原理15-23
• 2.1.1 IGBT的基本结构与工作机理15-18
• 2.1.2 IGBT驱动电路的基本要求18-21
• 2.1.3 IGBT驱动电路的类型21-23
• 2.2 IGBT光驱动技术23-31
• 2.2.1 LED的发光机理及应用24-26
• 2.2.2 光电三极管的工作机理及应用26-28
• 2.2.3 光电池的特性及应用28-31
• 2.3 光纤通信的基本原理31-36
• 2.3.1 光纤通信系统的基本构成31-32
• 2.3.2 光纤传输原理及损耗32-34
• 2.3.3 光接收机34-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 基于光纤通信的IGBT光驱动器设计与实现37-66
• 3.1 总体方案设计37-38
• 3.2 指令控制模块电路设计38-47
• 3.2.1 FPGA的特点及应用38-39
• 3.2.2 基于EP1C3T144C8的控制模块设计39-41
• 3.2.3 控制模块电源电路41-42
• 3.2.4 控制模块时钟电路与复位电路42-44
• 3.2.5 控制模块Flash配置电路和下载电路44-47
• 3.3 光发射器电路设计47-55
• 3.3.1 三极管的基本特性48-49
• 3.3.2 三极管放大电路的基本组态49-50
• 3.3.3 信号调制与驱动电路50-53
• 3.3.4 光发射器光源53-55
• 3.4 光纤传输线路55-56
• 3.5 光接收器模块设计56-65
• 3.5.1 光检测器56-57
• 3.5.2 光电池电源57-58
• 3.5.3 信号解调器58-61
• 3.5.4 电压放大电路设计61-62
• 3.5.5 电平转移电路设计62-64
• 3.5.6 脉冲变换电路设计64-65
• 3.6 本章小结65-66
• 第四章 IGBT光驱动器系统模块的仿真与测试66-78
• 4.1 IGBT光驱动器系统功能仿真66-71
• 4.1.1 指令控制模块功能仿真66-67
• 4.1.2 光发射器模块功能仿真67-68
• 4.1.3 电压放大及驱动电路仿真68-71
• 4.2 IGBT光驱动器系统功能测试与分析71-76
• 4.2.1 指令控制模块的测试与分析71-72
• 4.2.2 信号调制与驱动电路的测试与分析72-73
• 4.2.3 信号解调器电路测试与分析73-74
• 4.2.4 信号调制与信号解调电路综合测试与分析74-76
• 4.3 IGBT光驱动器版图设计76-77
• 4.4 本章小结77-78
• 第五章 总结与展望78-80
• 5.1 论文总结78-79
• 5.2 展望79-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-84
• 攻硕期间取得的研究成果84-85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王方;党怀东;杨有涛;张婉;;一种用于大功率IGBT的驱动电路[J];电气传动自动化;2010年01期

2 郭火强;;一种IGBT驱动电路的设计[J];科技创新与生产力;2010年11期

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本文编号：780220