IGBT器件的低开关损耗驱动技术研究

摘要

IGBT作为电力电子领域的常用开关器件，主要应用领域是中高频开关设备，随着工作频率的提升，由于寄生电感的存在，器件的开关损耗变大，通过优化IGBT驱动电路的设计来降低IGBT器件功耗是IGBT应用领域的核心技术之一。本文基于对IGBT器件的基本工作原理和开关损耗产生原因的分析，归纳了 IGBT驱动技术的基本要求，提出了一种适用于中高频IGBT器件的驱动器设计方案，通过闭环反馈控制回路动态调整IGBT的驱动电流，减少器件的开关损耗。论文主要工作有：
　　介绍了IGBT器件的基本结构和电学特性，详细分析了IGBT开关过程中的器件参数变化，结合器件开关损耗产生机理，得到IGBT驱动电路的主要参数要求。
　　以IGBT驱动要求及参数指标为基础，降低IGBT器件瞬态功耗为目的，通过减少驱动电流充放电时间与输入输出信号延时等方法，设计了基于CMOS工艺的IGBT驱动电路，包括输入接口电路、电平转换电路、驱动单元电路和输出信号反馈回路等功能模块。
　　最后通过Cadence Virtuoso对设计的IGBT驱动电路进行详细的仿真验证，并进行了实际流片验证，测试结果证明了驱动设计方案在降低IGBT器件损耗方面的可行性。

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1 绪 论

1.1 论文研究背景和意义

1.2 IGBT器件发展概况

1.3 IGBT驱动技术的研究现状

1.4 课题主要研究内容

2 IGBT工作原理及电学特性

2.1 IGBT的基本结构

2.2 IGBT的工作原理

2.3 IGBT的电学特性

2.4 本章小结

3 低功耗驱动技术研究与总体方案设计

3.1 IGBT驱动电路的基本要求

3.2 IGBT低功耗驱动电路整体方案设计

3.3 本章小结

4 驱动电路的子电路设计与仿真

4.1 输入接口电路PWM_LevelShift模块

4.2 驱动Driver模块

4.3 Comparator模块

4.4 Delay模块

4.5 本章小结

5 IGBT驱动器的整体仿真验证

5.1 驱动器整体架构与版图介绍

5.2 Primary线路整体仿真测试

5.3 Feedback线路整体仿真测试

5.4 成品芯片测试结果分析

5.5 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表的论文