大功率IGBT驱动及过压抑制研究

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IGBT的驱动保护电路作为电力电子功率主电路与控制电路的桥梁,其性能直接影响IGBT的工作状态。在高频大容量工作环境中,IGBT在关断时,集-射极两端将感应出过电压,如果不加以限制,甚至可能超过其最大能够承受的集-射极电压,将IGBT直接击穿;如果在发生短路或过载时,未能及时发现故障,电流将持续增加,会对其造成不可逆转的热击穿。因此研究IGBT的驱动保护电路具有重大意义。
  本文详细分析了IGBT的结构、工作原理、工作特性以及IGBT产生过电压的原因,并通过SABER软件对现有的IGBT过压保护技术进行仿真分析,对比总结各自优劣势。详细分析传统动态电压上升控制电路的工作原理和时序,并通过仿真分析关键参数对传统动态电压上升控制电路影响。建立IGBT小信号模型和传递函数,提出了一种基于复合管结构可改变增益的电流放大电路,替代原电路的电流放大电路,弥补原电路增益不可调,并且使用MOS管作为信号放大电路容易饱和的缺点。对本文提出的方案进行仿真验证,通过仿真不断调整各个相关参数,达到预期效果。仿真结果表明新型动态电压上升控制电路通过改变IGBT关断时刻集电极UCE的上升斜率,控制IGBT微导通电压来使IGBT关断过电压得到抑制。
  基于其原理和仿真结果,对新型动态电压上升控制硬件电路进行设计和开发,搭建单脉冲实验平台,在实验中不断调试最终达到预期效果。仿真和实验结果表明,新型动态电压上升控制电路在IGBT关断时确实改变了UCE上升斜率,降低了集电极电流IC下降速率,保证IGBT安全运行,并且电压尖峰超调量相较传统动态电压上升电路提升了30%左右,提升了电路工作的稳定性;同时在关断瞬间能够有效抑制震荡,提升电路的可靠性。
  
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