基于ARM的双芯GCT驱动器设计
发布时间：2021-01-18 00:51
双芯GCT（Dual-GCT）是一种新型的电力半导体器件,将两个结构相同、少子寿命不同的非对称型GCT集成在一个芯片上,采用两个门极分别来控制,具有极低的损耗。双芯GCT正常可靠的工作需借助于两套门极驱动电路,并以“硬驱动”方式控制其工作状态。本文以2kA/4.5kV双芯GCT为研究对象,设计了其门极驱动器。主要工作内容如下:首先,阐述了双芯GCT器件的结构特点及其工作原理,分析了双芯GCT驱动器中开通、维持、关断以及逻辑控制各部分电路的工作原理。依据2kA/4.5kV双芯GCT驱动器的设计指标,分析了电路工作原理,并对元件参数进行了选型。其次,对课题组原维持电路进行改进。采用STM32芯片为维持电路提供时序脉冲,设计了维持电路的新方案,通过控制维持电路MOS管导通时间的PWM脉宽,形成闭环调节,使输出电流稳定在2～8A内。通过Psim软件仿真和实验进行了验证,测试结果表明,改进后的维持电路可以显著的缩短响应时间。再次,对驱动器中逻辑控制电路进行设计。采用STM32作为双芯GCT驱动器的主芯片,协调发出控制各部分电路MOSFET工作的时序脉冲,并结合门-阴极、阳-阴极状态检测电路,完成...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
环绕型和通用
西安理工大学硕士论文21.2.IGCT国内外研究现状1.2.1IGCT国外研究现状IGCT是于1996年由瑞士ABB公司首次研发出来的，并且设计出了配套的IGCT门极驱动器。如图1-1所示，ABB公司主要生产的IGCT按照不同驱动器电路结构设计有两种封装结构，分别是环绕型和通用型[14]。ABB公司目前的产品按电压等级划分主要为4.5kV、5.5～6kV、9kV、10kV四种电压等级系列[15]，其中6.5kV/3.8kA为最高电压等级。按电流等级划分，非对称型IGCT主要为3kA、3.8kA和4kA三种电流等级，逆导型IGCT主要为0.9kA、1.1kA和2.2kA三种电压等级，其中4.5kV/5kA为最大电流等级。由于电流等级不同，针对门极驱动电流不同驱动器也有所不同。（a）环绕型IGCT（b）通用型IGCT图1-1环绕型和通用型IGCT示意图Fig.1-1SchematicdiagramofsurroundandgeneralIGCT图1-2所示为ABB公司的IGCT门极驱动器原理框图。图中IGCT驱动系统包括直流电源模块、开通、关断电路模块，光纤接口模块及逻辑控制模块，主电路连接在GCT芯片的门-阴极间[16-18]。图1-2ABB公司IGCT驱动器原理框图Fig.1-2ABBcompanyIGCTdrivecircuitblockdiagram2005年日本三菱公司开发出6kV/6kA的非对称型IGCT。为减小印刷电路板面积，封装结构将关断电路的MOSFET管排列在印刷电路板底部，电容组排列在顶部，如图1-3
1.绪论3所示。这种封装方式降低了阻抗回路，但是同时增加了可靠性降低的风险[19]。（a）6kV/6kA的非对称型IGCT（b）6kV/6kA非对称型IGCT封装截面图图1-3日本三菱公司IGCT示意图Fig.1-3JapanMitsubishiCorporationIGCTschematic2006年ABB公司研发出内部换流晶闸管（ICT）。为简化驱动器的设计，将关断电路集成在GCT芯片管壳封装内，电路布局如图1-4所示，这样可以稳定驱动器的性能，但是将关断电路集成在GCT芯片管壳封装内，由于GCT工作温度较高，容易造成由芯片过热引起关断电路热失效，从而降低器件可靠性。图1-4ABB公司ICT电路示意图Fig.1-4ABB"sICTcircuitlayout2009年，德美合作研发的双芯GCT（Dual-GCT）。结构如图1-5所示，它是由两个GCT器件并联构成的，GCT-A和GCT-B共用阳-阴极，门极分立。这种结构可以提高电流处理能力，降低开关损耗，提高器件性能[20]。图1-5Dual-GCT芯片结构图Fig.1-5Dual-GCTchipstructurediagram在图1-5中，GCT-A具有低导通损特性，GCT-B具有低开关损耗特性。其中GCT-A采用中心门极，GCT-B采用环形门极，用隔离环将GCT-A和GCT-B电隔离开。芯片背面
本文编号：2983933
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
环绕型和通用
西安理工大学硕士论文21.2.IGCT国内外研究现状1.2.1IGCT国外研究现状IGCT是于1996年由瑞士ABB公司首次研发出来的，并且设计出了配套的IGCT门极驱动器。如图1-1所示，ABB公司主要生产的IGCT按照不同驱动器电路结构设计有两种封装结构，分别是环绕型和通用型[14]。ABB公司目前的产品按电压等级划分主要为4.5kV、5.5～6kV、9kV、10kV四种电压等级系列[15]，其中6.5kV/3.8kA为最高电压等级。按电流等级划分，非对称型IGCT主要为3kA、3.8kA和4kA三种电流等级，逆导型IGCT主要为0.9kA、1.1kA和2.2kA三种电压等级，其中4.5kV/5kA为最大电流等级。由于电流等级不同，针对门极驱动电流不同驱动器也有所不同。（a）环绕型IGCT（b）通用型IGCT图1-1环绕型和通用型IGCT示意图Fig.1-1SchematicdiagramofsurroundandgeneralIGCT图1-2所示为ABB公司的IGCT门极驱动器原理框图。图中IGCT驱动系统包括直流电源模块、开通、关断电路模块，光纤接口模块及逻辑控制模块，主电路连接在GCT芯片的门-阴极间[16-18]。图1-2ABB公司IGCT驱动器原理框图Fig.1-2ABBcompanyIGCTdrivecircuitblockdiagram2005年日本三菱公司开发出6kV/6kA的非对称型IGCT。为减小印刷电路板面积，封装结构将关断电路的MOSFET管排列在印刷电路板底部，电容组排列在顶部，如图1-3
1.绪论3所示。这种封装方式降低了阻抗回路，但是同时增加了可靠性降低的风险[19]。（a）6kV/6kA的非对称型IGCT（b）6kV/6kA非对称型IGCT封装截面图图1-3日本三菱公司IGCT示意图Fig.1-3JapanMitsubishiCorporationIGCTschematic2006年ABB公司研发出内部换流晶闸管（ICT）。为简化驱动器的设计，将关断电路集成在GCT芯片管壳封装内，电路布局如图1-4所示，这样可以稳定驱动器的性能，但是将关断电路集成在GCT芯片管壳封装内，由于GCT工作温度较高，容易造成由芯片过热引起关断电路热失效，从而降低器件可靠性。图1-4ABB公司ICT电路示意图Fig.1-4ABB"sICTcircuitlayout2009年，德美合作研发的双芯GCT（Dual-GCT）。结构如图1-5所示，它是由两个GCT器件并联构成的，GCT-A和GCT-B共用阳-阴极，门极分立。这种结构可以提高电流处理能力，降低开关损耗，提高器件性能[20]。图1-5Dual-GCT芯片结构图Fig.1-5Dual-GCTchipstructurediagram在图1-5中，GCT-A具有低导通损特性，GCT-B具有低开关损耗特性。其中GCT-A采用中心门极，GCT-B采用环形门极，用隔离环将GCT-A和GCT-B电隔离开。芯片背面
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