高压开关IGBT的串联均压技术研究

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高压开关是J-TEXT装置高压电源系统的重要组成部分,主要作用为快速的投入与切除高电压,以确保系统设备安全稳定运行,高压开关的器件选择非常关键。由于IGBT具有输入阻抗高、开关速度快、电流密度大等优点,是一种比较理想的全控型器件。单个IGBT的耐压较低,需要多个IGBT串联才能满足J-TEXT装置高压电源系统的电压等级要求,因此IGBT串联均压技术的研究就显得尤为重要。  本文以J-TEXT装置所需高压开关的研制为背景,对IGBT串联均压问题进行了研究。首先对IGBT的工作特性进行了介绍,通过对开关管开通及关断过程中各个阶段的详细分析,找出了影响 IGBT串联均压不平衡的原因,并搭建仿真电路对导致IGBT串联分压不均的因素进行了仿真分析。  为改善串联IGBT均压性能,本文提出了一种基于有源门极触发时间补偿控制的动态均压方法,并对有源门极触发时间补偿技术的控制原理进行了重点分析,同时对程序运行的几个关键模块进行了介绍。通过对FPGA内部控制程序的仿真分析,验证了有源门极触发时间补偿控制方法的可行性。  最后搭建了一个由三只IGBT串联组成的斩波实验电路,并设计了相应的栅极驱动电路、控制电路及信号检测电路。通过对实验波形进行对比分析,本文采用的均压方法能够有效解决串联IGBT的均压不平衡问题,为应用于J-TEXT托卡马克装置的高压开关的研制奠定了基础。
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