【摘 要】
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绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）作为最热门的功率半导体器件之一,被广泛应用于智能电网、航空航天、轨道交通和新能源汽车领域,获得了电力电子装置“CPU”的称号。随着IGBT的飞速发展和成熟,IGBT的栅极驱动技术也越来越受到关注和重视。由于IGBT的栅极存在较大的寄生电容,并且IGBT的导通电压相对较高,使用微控制单元（Microco
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绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）作为最热门的功率半导体器件之一,被广泛应用于智能电网、航空航天、轨道交通和新能源汽车领域,获得了电力电子装置“CPU”的称号。随着IGBT的飞速发展和成熟,IGBT的栅极驱动技术也越来越受到关注和重视。由于IGBT的栅极存在较大的寄生电容,并且IGBT的导通电压相对较高,使用微控制单元（Microcontroller Unit,MCU）或数字控制模块输出的控制信号无法直接驱动IGBT。因此对于IGBT器件而言,栅极驱动芯片几乎是必不可少的。同时,IGBT往往工作在高电压、大电流的环境下,对于各种可能发生的故障予以保护能够大大提高IGBT的使用寿命和系统的安全性。针对上述情况,论文对IGBT隔离式栅极驱动芯片的关键技术展开了研究。论文首先对IGBT的工作特性和结构进行介绍;并提出了设计IGBT栅极驱动器芯片的关键要求,包括:隔离设计要求、调制解调要求、栅极驱动要求和保护设计要求。按照这些要求,论文完成了驱动芯片的隔离模块和调制解调方案的设计、栅极驱动模块的设计和保护电路模块的设计等关键电路的设计;完成了版图设计的同时对芯片的各功能和性能进行了前仿真和后仿真的验证。论文采用SMIC 180nm BCD工艺进行了电路设计、版图设计和仿真验证。验证了基于以上设计的IGBT隔离式栅极驱动芯片电路具有2A的峰值电流驱动能力、低至10m A的总静态电流以及124ns的低导通传输延时,并集成了短路保护、米勒箝位保护等保护功能。
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