IGCT開通與關斷電路的設計和驗證

發(fā)布時間：2020-09-19 20:38

　　集成門極換流晶閘管(IGCT)是由門極換流晶閘管(GCT)與其門極驅動單元通過印刷電路板(PCB)集成在一起,構成的一種新型大功率半導體器件。IGCT既有比GTO更低的損耗,又有比IGBT更強的過流能力,有廣泛的應用領域。GCT工作時必須借助于門極驅動器,門極驅動器中開通和關斷電路是實現(xiàn)“硬驅動”的關鍵。本文以4000A/4500V的IGCT驅動器為研究對象,設計了其門極開通和關斷電路,并進行了實驗驗證。主要內容如下:首先,介紹了 IGCT結構、工作機理、門極驅動器的組成及其驅動波形,并在此基礎上提出了 IGCT開通與關斷與電路的設計指標。其次,根據(jù)指標設計了 IGCT的開通和關斷電路,闡述了 IGCT開通、關斷電路的原理,分析了元器件參數(shù)選型。采用Cadence16.5軟件對所設計的開通和關斷電路進行仿真,開通、關斷電路分別用二極管和IGCT電路模型代替IGCT門陰極,進行仿真分析、對比。采用Verilog語言編寫開通、關斷電路時序,實現(xiàn)其中功率MOSFET的通斷控制。最后,分析了 IGCT門極回路雜散電感對“硬驅動”的影響,以及影響PCB雜散電感的因素。采用Altium Designer 15軟件對IGCT開通和關斷電路PCB進行合理的布局,對比分析了關斷電路采用通用型和環(huán)繞型兩種布局對PCB雜散電感的影響。搭建了試驗電路,采用二極管負載對開通、關斷電路進行驗證。本文的研究成果對IGCT驅動器的設計與開發(fā)具有一定的參考價值。
【學位單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN34
【部分圖文】：

溫度分布,封裝結構,公司,雜散電感

元器件的可靠性都有很大的影響。IGCT 門極驅動 PCB 上的雜散電感是影響門極“硬驅動”的主要因素。為了減小門極回路的雜散電感實現(xiàn) GCT“硬驅動”，對 PCB的合理布局是十分重要的。而國內外 IGCT 研究的重點一直集中在 GCT 的芯片設計，對IGCT 門極驅動器中開通、關斷電路及其 PCB 的雜散電感研究相對較少，隨著對 GCT 管芯電壓電流等級的提高，對 IGCT 驅動要求也越來越高，所以這部分的研究是十分必要的。1.2 國內外研究進展1.2.1 國外研究進展ABB 是目前 IGCT 的主要生產(chǎn)公司，從 1997 年至今已成功的研發(fā)出了非對稱型，逆導型，逆阻型三種 GCT 器件，集成門極換流晶閘管 IGCT 如圖 1-1 所示，主要有兩種結構環(huán)繞性和通用型均已廣泛的投入市場中。環(huán)繞型如圖 1-1(a)所示，GCT 器件被門極驅動電路環(huán)繞，這種結構的 IGCT 體積小，長寬約為 22cm 和 20cm，結構緊湊，堅固性和穩(wěn)定性好，可承受大的機械應力，且溫度分布均勻。通用型的結構如圖 1-1(b)所示，長寬約為 43cm和 15cm，這種結構 GCT 與門極驅動電路的距離大約為 15cm，具有使用更加靈活方便的特點但是溫度相對集中，抗機械應力差[9]。

關斷,管殼,剖面圖,結構圖

1 緒論要來自開關過程，將關斷單元集成于管殼內不利于施加散熱裝置，造成管殼內溫度芯片燒毀，可靠性降低。其次管殼也是影響雜散電感的主要因素，關斷電路的電容積大，集成于管殼內造成管殼體積增大，相應雜散增加。再者相對于將整個電路集塊 PCB 板上而言這種通過電纜線連接的結構使得 IGCT 的串并聯(lián)變得復雜。因此壓 IGCT 只適用于小電流的 GCT 芯片。

實物,管殼