混合式电力电子断路器驱动保护及串并联等关键技术研究

摘要

本文讨论了混合式电力电子断路器中的电力电子换流装置部分的相关设计，重点讨论了IGBT驱动电路、保护电路的设计以及IGBT串并联技术的研究。首先，简要地描述了混合式电力电子断路器研究的背景意义、性能上的优越性以及整个系统的工作原理，接下来指出了所要研究的内容和解决的问题。讨论了装置中电力电子器件选择的理论依据。重点分析比较了电力晶体管GTR、功率MOSFET和绝缘栅双极型晶体管IGBT三种全控型电力电子器件的性能及优缺点，并结合装置的实际要求，为最终选择以IGBT为核心器件来设计电力电子换流装置在理论上打下了坚实的基础，同时也为课题接下来要实现的任务和要解决的问题做好了铺垫。从IGBT对驱动电路出发，讨论和比较了几种常见类型的IGBT驱动电路，并重点阐述了EXB841和M57962AL驱动电路的设计和功能上的改进。讨论了IGBT的保护电路的设计，包括过电流保护、过电压保护以及过热保护。集中分析了IGBT过流保护自锁电路和缓冲电路拓扑结构的设计，并在最后提出了过热保护的重要性以及常用的热保护措施。针对IGBT串并联应用中可能出现的不均压和不均流问题，通过大量的仿真和理论推导，分析了导致这些问题的原因，同时讨论了与之相应的均压均流电路的工作原理和效果。

目录

文摘

英文文摘

学创性声明及关于学位论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1混合式电力电子断路器提出的背景

1.2各种类型断路器的性能比较

1.3本课题混合式电力电子断路器的拓扑结构及工作原理

1.4本论文的主要研究内容

第2章电力电子器件的选择与性能分析

2.1电力晶体管GTR的性能分析

2.1.1电力晶体管的基本结构和工作原理

2.1.2电力晶体管的基本特性

2.1.3电力晶体管优缺点结论

2.2功率MOSFET的性能分析

2.2.1功率MOSFET的基本结构和工作原理

2.2.2功率MOSFET的基本特性

2.2.3功率MOSFET优缺点结论

2.3绝缘栅双极型晶体管IGBT性能分析

2.3.1绝缘栅双极型晶体管IGBT的基本结构和工作原理

2.3.2绝缘栅双极型晶体管IGBT的基本特性

2.3.3选择IGBT的原因以及亟待解决的问题

2.4本章小结

第3章IGBT的驱动电路设计

3.1 IGBT栅极驱动的特殊问题

3.1.1 IGBT对驱动电路的基本要求

3.1.2 IGBT栅极驱动电路应满足的条件

3.2 IGBT驱动电路分析与设计

3.2.1由分立元件组成的IGBT驱动电路

3.2.2由CMOS集成块与光耦合器组成的IGBT驱动电路

3.2.3由集成驱动模块组成的IGBT驱动电路

3.3本章小结

第4章IGBT的保护电路的设计

4.1 IGBT的擎住效应和安全工作区

4.1.1 IGBT的擎住效应

4.1.2 IGBT的安全工作区

4.2 IGBT的过电流保护

4.2.1 IGBT过流保护自锁电路的设计

4.3 IGBT的过电压保护

4.3.1 IGBT缓冲电路的拓扑结构的设计与分析

4.4 IGBT的过热保护

4.5本章小结

第5章IGBT串并联技术的研究

5.1 IGBT的串并联技术研究的意义

5.2 IGBT的串联技术的研究

5.2.1导致IGBT串联运行静态不均压的因素

5.2.2 IGBT串联运行静态均压措施

5.2.3导致IGBT串联运行动态不均压的因素

5.2.4 IGBT串联运行动态均压措施

5.3 IGBT的并联技术的研究

5.3.1导致IGBT并联运行静态不均流的因素

5.3.2导致IGBT并联运行动态不均流的因素

5.3.3 IGBT并联运行动静态均流措施

5.4本章小结

第6章结论

6.1论文工作成果

6.2进一步的研究工作展望

6.3结束语

致谢

参考文献

作者在学期间发表的论文清单