论文部分内容阅读
随着电力电子技术逐渐向大功率、低损耗、高集成方向发展,作为功率半导体器件新一代最具典型代表的IGBT,由于其综合了MOSFET和GTR两种器件的性能而具有输入电阻大、导通损耗低、承受耐高压高、开关频率高且开关速度快等特点,被广泛应用于各种变流系统。而IGBT驱动电路作为IGBT应用的关键技术之一,其性能的好坏直接决定IGBT及其整个装置系统能否安全可靠的工作,因此设计一款集成度高、适用性强且性能良好的IGBT驱动器具有重要意义。论文对IGBT基本结构、工作机理及驱动要求和驱动电路的发展现状、应用领域及性能要求进行详细的阐述和分析,并结合光纤通信的优点、光纤通信系统的基本结构和光电器件中LED、光电池等发光器件和受光器件的工作机理及应用,提出一种IGBT驱动与光纤通信、光电器件应用相结合的IGBT光驱动技术。针对IGBT光驱动技术的应用,论文设计一种采用FPGA作为控制中心集光发射器、光纤线路、光接收器、独立供电模块为一体的基于光纤通信与电源供电的IGBT光驱动器。设计的IGBT光驱动器包括FPGA指令控制模块、光发射器模块、光接收器模块和光纤线路,FPGA控制模块作为脉冲指令控制端,采用EP1C系列的EP1C3T144C8为控制中心,以48MHz时钟控制,并设有复位电路、FLASH配置电路、串行配置下载接口等基本外围模块电路;光发射器作为信号调制与驱动模块,采用基于BJT的共集电极基本放大电路作为信号调制与驱动电路,采用大功率白色LED作为发射光源,实现电信号和电能到光信号和光能的转换;光接收器作为集信号解调、电源供电、IGBT驱动为一体的接收模块,采用硫化镉光电池为光能接收的供电模块,采用Pt19-21C光电管为光信号解调器,通过电压放大、电平转移、脉冲变换后输出,实现脉冲高电平上升沿驱动IGBT导通和负脉冲驱动IGBT关断;光纤线路作为光信号与光能的光波传输介质,一端连接光发射器、另一端连接光接收器。本论文使用proteus、saber、quartusII等工具对控制模块、光发射器、光接收器等电路进行仿真优化并搭建模块电路进行波形测试,使用Altium Designer工具完成控制电路与光发射器为一体和光接收器PCB版图设计,最后完成“基于单根光纤供电与脉冲信号传输的光驱动IGBT装置”的知识产权申请和硕士论文撰写。