IGCT开通与关断电路的设计和验证

摘要

集成门极换流晶闸管(IGCT)是由门极换流晶闸管(GCT)与其门极驱动单元通过印刷电路板(PCB)集成在一起，构成的一种新型大功率半导体器件。IGCT既有比GTO更低的损耗，又有比IGBT更强的过流能力，有广泛的应用领域。GCT工作时必须借助于门极驱动器，门极驱动器中开通和关断电路是实现“硬驱动”的关键。本文以4000A/4500V的IGCT驱动器为研究对象，设计了其门极开通和关断电路，并进行了实验验证。主要内容如下： 首先，介绍了IGCT结构、工作机理、门极驱动器的组成及其驱动波形，并在此基础上提出了IGCT开通与关断与电路的设计指标。 其次，根据指标设计了IGCT的开通和关断电路，阐述了IGCT开通、关断电路的原理，分析了元器件参数选型。采用Cadence16.5软件对所设计的开通和关断电路进行仿真，开通、关断电路分别用二极管和IGCT电路模型代替IGCT门阴极，进行仿真分析、对比。采用Verilog语言编写开通、关断电路时序，实现其中功率MOSFET的通断控制。 最后，分析了IGCT门极回路杂散电感对“硬驱动”的影响，以及影响PCB杂散电感的因素。采用Altium Designer 15软件对IGCT开通和关断电路PCB进行合理的布局，对比分析了关断电路采用通用型和环绕型两种布局对PCB杂散电感的影响。搭建了试验电路，采用二极管负载对开通、关断电路进行验证。 本文的研究成果对IGCT驱动器的设计与开发具有一定的参考价值。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2.1 国外研究进展

1.2.2国内研究进展

1.3 本文主要工作

2 GCT的结构和工作机理

2.1.1 GCT的结构特点

2.1.2 GCT的关键技术

2.2.1 GCT的开通机理

2.2.2 GCT的关断机理

2.3 IGCT门极驱动器的组成

2.4.1 IGCT的关键参数

2.4.2 GCT的门极驱动电流波形

2.5本章小结

3 门极开通和关断电路的设计

3.1 开通电路的设计

3.1.1 开通电路的设计指标

3.1.2 开通电路的原理分析

3.1.3 开通电路的器件参数选择

3.1.4 开通电路仿真验证

3.1.5 开通电路的电源转换模块

3.2 关断电路的设计

3.2.1 关断电路的设计指标

3.2.2 关断电路的原理分析

3.2.3 关断电路的器件参数选型

3.2.4 关断电路仿真验证

3.2.5 关断电路的电源转换模块

3.3 开通关断电路的MOSFET驱动电路

3.3.1 开通与关断电路开关脉冲的逻辑设计

3.3.2 开通与关断电路MOS驱动芯片的选型

3.4 重触发的分析

3.4.1 重触发的必要性

3.4.1 产生外部重触发的条件

3.5 本章小结

4 IGCT门极开关电路板的设计与验证

4.1门极硬驱动的要求

4.2影响PCB杂散电感的因素

4.3.1 开通电路PCB板的设计

4.3.2 开通电路实验结果与分析

4.4.1 关断电路PCB板的设计

4.4.2 关断电路的实验结果与杂散电感分析

4.5 本章小结

5 结论

致 谢

参考文献