IGBT有源栅极前馈驱动电路研究与设计

摘要

随着IGBT集成与制造工艺技术的提升，IGBT在高频大功率的应用领域不断扩伸。然而，由于器件反并联二极管及杂散电感等客观存在的原因，IGBT在开通与关断过程中的电流过冲、电压过冲和开关损耗问题显得格外突出。本文以IGBT驱动电路为研究对象，论文的主要研究内容如下:
　　1.详细分析了IGBT的特性并对其进行建模，实现仿真与实际中器件的开关特性基本一致;最后推导了高频应用场合中IGBT开通与关断过程中过冲电流与过冲电压以及器件损耗公式。
　　2.设计了有源栅极前馈驱动电路，实现对栅极电压实时调控以降低开关过程中的过冲电压与过冲电流;截波电路的设计抑制了栅极正反馈信号的引入，提高了器件的响应速度，并降低了器件的开关损耗。驱动电路能够提供可靠的正负15V驱动信号，能够实现控制电路与主电路之间的电气隔离，能够提高足够功率的栅极驱动能力。
　　3.对IGBT在工作过程中容易出现的过流、过压和过热失效，分别引入了过流保护电路、过压保护电路、过热保护电路，并对其进行仿真验证。保证IGBT在故障状态时可靠关断，有效的提高了驱动电路的可靠性。
　　4.结合双脉冲测试平台分别对有源栅极前馈驱动电路与传统的栅极驱动电路进行仿真和实验，对比分析过冲电流、过冲电压和器件损耗的大小，仿真与实验结果验证了有源栅极前馈驱动电路的可行性和有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外发展现状

1．2．1 IGBT发展现状

1．2．2 驱动电路发展现状

1．3 论文的主要研究内容

第二章 IGBT的特性及损耗分析

2．1 引言

2．2 IGBT的基本结构与特性

2．2．1 IGBT基本结构

2．2．2 IGBT的基本特性

2．2．3 IGBT电容特性

2．2．4 IGBT擎住效应

2．2．5 IGBT的安全工作区

2．3 IGBT的建模仿真

2．3．1 IGBT的建模

2．3．2 IGBT的特性仿真

2．4 IGBT的损耗分析

2．5 本章小结

第三章 IGBT驱动电路总体结构设计与实现

3．1 引言

3．2 控制与信号转换电路

3．3 双脉冲信号电路

3．4 信号隔离电路

3．5 电平转换电路

3．6 栅极前馈控制电路

3．6．1 开通前馈控制

3．6．2 关断前馈控制

3．6．3 截波电路设计

3．7 功率放大电路

3．8 本章小结

4．1 引言

4．2 过压保护电路设计

4．2．2 集-射极过电压保护电路设计与实现

4．3 过流保护电路设计

4．3．1 过载保护电路设计

4．3．2 短路保护电路设计

4．4 过热保护电路设计

4．4．1 IGBT散热模型

4．4．2 过热保护电路

4．5 本章小结

5．1 引言

5．2 双脉冲电路测试原理

5．3 仿真分析

5．3．1 开通仿真分析

5．3．2 关断仿真分析

5．3．3 IGBT结温仿真分析

5．4 实验分析

5．4．1 开通实验分析

5．4．2 关断实验分析

5．4．3 损耗实验分析

5．5 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文