IGBT的过电压保护及其缓冲电路的研究
IGBT特性研究及驱动缓冲电路设计——毕业论文
武汉理工大学本科生毕业设计(论文)任务书学生姓名专业班级自动化指导教师工作单位自动化学院设计(论文)题目: IGBT特性研究及驱动、缓冲电路设计设计（论文）主要内容：了解和熟悉目前国内外IGBT产品现状和技术现状，分析IGBT结构、工作原理以及工作特性。
研究和设计多种IGBT驱动电路、保护电路，并对比分析。
针对具体一款IGBT FF600R06ME3设计其驱动电路及缓冲电路。
要求完成的主要任务:1．了解研究IGBT的目的以及意义，产品和技术的发展现状；2．IGBT驱动电路的设计；3．IGBT保护、缓冲电路的设计；4. 针对FF600R06ME3 IGBT设计其驱动电路，要求正向开通电压15V，反向截止电压-15V，工作频率≤20K，可驱动IGBT承受导通电流600A，耐压600V。
5．撰写毕业设计论文，字数不低于15000左右；6．完成外文文献翻译2万字符（其中汉字5000字）。
必读参考资料：[1] 王兆安.电力电子技术[m].北京:机械工业出版社,2008.[2] 周志敏.IGBT和IPM及其应用电路[m].北京:人民邮电出版社,2006.[3] 王飞军.IGBT关断特性分析及设计优化问题[D].浙江大学微电子与半导体系,1990.[4] 陈去非.绝缘栅双极晶体管（IGBT）的研究—静态、动态和终端模型及优化设计[D].浙江大学:电力电子技术,1993.[5] 李岳生.IGBT开关磁阻电动机调速系统研究[D].上海工业大学:工业自动化,1994.指导教师签名：系主任签名：院长签名(章)：武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告目录1．了解研究IGBT的目的以及意义，产品和技术的发展现状； (I)摘要 (1)ABSTRACT (2)1 绪论 (1)引言 (1)课题研究意义 (2)研究现状 (3)1.3.1 产品现状 (3)1.3.2 技术现状 (4)主要研究内容 (5)2 IGBT工作原理及特性研究 (6)IGBT的定义 (6)IGBT的结构和工作原理 (7)2.2.1 IGBT的结构 (7)2.2.2 IGBT的工作原理 (7)IGBT工作特性 (9)2.3.1 静态特性 (9)2.3.2 动态特性 (10)2.3.3 IGBT的开通与关断 (11)3 IGBT驱动及缓冲 (12)IGBT驱动电路的选择 (12)门极驱动的要求及电路设计 (14)3.2.1 栅极驱动电压 (14)3.2.2 对电源的要求 (14)3.2.3 对驱动波形的要求 (15)3.2.4 对驱动功率的要求 (15)3.2.5 栅极电阻 (15)3.2.6 栅极布线要求 (15)3.2.7 隔离问题 (16)典型的门极驱动电路介绍 (16)3.3.1 脉冲变压器驱动电路 (16)3.3.2 光耦隔离驱动电路 (17)3.3.3 驱动模块构成的驱动电路 (17)大功率IGBT驱动保护电路的分类 (18)3.4.1 单一功能型 (19)3.4.2 多功能型 (19)3.4.3 全功能型 (21)大功率IGBT驱动保护电路的功能 (22)3.5.1 隔离功能 (23)3.5.2 死区隔离功能 (23)3.5.3 驱动功率的缓冲功能 (24)针对FF600R06ME3这款IGBT设计的驱动电路 (24)4 IGBT保护电路的设计 (26)IGBT栅极的保护 (26)集电极与发射极间的过压保护 (26)4.2.1 直流过电压 (27)4.2.2 浪涌电压的保护 (27)集电极电流过流保护 (28)过热保护 (29)5 全文总结及展望 (30)致谢 (31)参考文献 (32)摘要全文首先对IGBT的产生和发展过程做了一个大致的介绍，重点突出了IGBT 发展的路线，智能化、模块化成为IGBT发展热点。
IGBT缓冲电容及电路
IGBT缓冲电容及电路1 引言众所周知，在电力电子功率器件的应用电路中，无一例外地都要设置缓冲电路，即吸收电路。
因为全控制器件在电路工作时莫名其妙损坏的原因虽然很多，但缓冲电路和缓冲电容选择不当是不可忽略的重要原因所在。
2 缓冲原理电路中器件的损坏，一般都是在器件在开关过程中遭受了过大的di/dt,dv/dt或瞬时功耗的冲击而造成的。
缓冲电路的作用就是改变器件的开关轨迹，控制各种瞬态时的过电压，以降低器件开关损耗来确保器件的安全。
图所示为GTR在驱动感性负载时的开关波形。
不难看出，在开通和送断过程中的某一时刻，GTR集电极电压Uc和集电极电流ic将同时达到最大值，此时瞬时功耗也最大。
加入缓冲电路可将这一开关功耗转移到相关的电阻上消耗掉，从而达到保证器件安全运行的目的。
通用的IGBT缓冲电路有如下图所示的三种形式。
其中，图（a）为单只低电感吸收电容构成的缓冲电路，适用于小功率IGBT 模块，用来对瞬变电压有效时的低成本控制，使用时一般将其接在C1和E2之间（两单元模块）或P和N之间（六单元模块）。
图4(b)为RCD构成的缓冲电路，适用于较小功率的IGBT模块，缓冲二极管D可箝住瞬变电压，以抑制由于母线寄存电感引起的寄存振荡。
其RC时间常数应设计为开关周期的1/3，即τ=T/3=1/3f。
图4（c）为P型RCD和N 型RCD构成的缓冲电路，适用于大功率IGBT模块，其功能类似于图4（b）缓冲电路，但其回路电感更小。
若同时配合使用图4(a)缓冲电路，则可减小缓冲二极管的应力，从而使缓冲效果达到最佳。
IGBT采用缓冲电路后的典型关断电压波形如图5所示。
图中，VCE起始部分的毛刺ΔV1是由缓冲电路的寄存电感和缓冲二极管的恢复过程引起的。
其值由下式计算：ΔV1=Lsdi/dtXK推出新款高性能镀金属聚丙烯膜缓冲电容器---XK Roederstein MMKP81，该器件可直接安装在绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块上，容量从0.047μF到10μF，可在+105℃高温下工作，有700VDC～2500VDC和420VAC～800VAC共7个电压等级。
双IGBT缓冲吸收电路研究
双IGBT缓冲吸收电路研究叶敏1，曹秉刚2（1长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，西安7100642．西安交通大学机械工程学院，西安710049）摘要：为提高电动汽车双向功率变换器的工作效率和使用寿命，提出双IGBT缓冲吸收电路。
针对双RCD 型缓冲吸收电路，详述了IGBT关断过程C-E端过电压产生的原因，给出了电路缓冲电容和电阻的确定方法，讨论了不同门极驱动电阻下电路的缓冲吸收效果，通过计算和实验调整确定了电路相关元件参数，指出了ICBT温升设计及其安装的注意事项。
实验研究结果表明，双RCD型缓冲吸收电路可显著降低IGBT 关断过电压，具有良好的缓冲吸收效果，可保证其安全性、可靠性和稳定性。
关键词：双IGBT；缓冲吸收；无感电容；温升中图分类号：TP71 文献标志码：A 文章编号：1001-6848(2010)07-0040-040引言绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点。
非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动电动汽车等领域。
IGBT的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口。
驱动电路的基本任务，就是将控制电路传来的信号按照控制目标的要求，转换为加在IG-BT控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。
采用性能良好的驱动电路，可使IGBT工作在较理想的开关状态，缩小开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。
本文针对电动汽车双向功率变换器，详述了双IGBT缓冲吸收电路的工作原理及其设计方法。
1 缓冲吸收电路结构及其工作原理1.1电气主回路要实现电动汽车的能量回收，必须采用双向功率变换器，其电气主电路主要利用降压和升压斩波原理进行设计。
图1为由双IGBT组成的电动汽车双向功率变换器电气主回路。
大功率IGBT驱动保护电路的研究与应用的开题报告
大功率IGBT驱动保护电路的研究与应用的开题报告一、选题背景及意义随着电子技术的不断发展，IGBT（绝缘栅双极型晶体管）在工业领域中的应用越来越广泛，尤其是在电力电子变换器、变频空调、高速列车等领域中，其性能和可靠性都得到了越来越高的要求。
然而，由于IGBT的特性和工作环境的特殊性，其工作可靠性在一定情况下可能会受到影响。
因此，针对IGBT的保护措施和驱动电路设计就成为研究的重点。
本论文选取了IGBT驱动保护电路作为研究对象，旨在通过研究IGBT的保护和驱动电路的设计，提高IGBT的工作可靠性和性能，为IGBT的实际应用提供技术支持和保障。
同时，该论文的研究成果也将应用于工业领域，促进电力电子行业的发展。
二、研究目标和内容本论文的研究目标是实现IGBT的保护措施和驱动电路的设计。
具体内容包括以下几个方面：1. IGBT的保护机制研究和分析。
包括IGBT的工作原理、故障原因及其保护机制等方面的研究分析。
2. IGBT驱动电路设计和优化。
主要研究IGBT的驱动电路的设计原理、电路参数及其优化等方面的问题。
3. IGBT保护系统的设计和实现。
根据实际应用需要，设计、实现IGBT的保护系统，包括故障检测、保护算法以及驱动电路等方面的设计。
4. 仿真与实验验证。
运用仿真软件，对所设计的保护系统和驱动电路进行仿真模拟，确认设计的正确性与可行性，并进行实验验证。
三、研究方法和技术路线研究方法主要采用文献分析法、数学模型分析法和实验方法相结合。
技术路线主要分为以下几个阶段：1. 阶段一：文献调研和问题分析。
对IGBT驱动保护电路的现状和问题进行调研和分析，确定研究方向和目标。
2. 阶段二：IGBT保护机制研究和分析。
通过文献分析和数学模型分析的方法，研究IGBT的保护机制。
3. 阶段三：IGBT驱动电路设计和优化。
根据阶段二的研究结果，设计IGBT驱动电路的原理和参数，并进行优化。
4. 阶段四：IGBT保护系统的设计和实现。
IGBT缓冲电路研究
为 电容 。 电 （ 常是输 入 电压的 ２ 充 通 倍） 的能量 。 电容在放 电前所储 存的能
量 为 ＿＿ （Ｖ ）， 以在 一个 周期 内 Ｒ １ ２ 。 所 。
（） ａ （） ｂ （） ｃ （） ｄ
的平均损耗为 ：
坌 ｓ ｊ ｎ ｈ Ｆｘ ｙ ｅ ｅｕ ｉ
ＩＢ Ｇ Ｔ缓冲 电路研究
国 芳 张 丽
（． 苏建 筑职 业 技术 学 院， 苏 徐 州 ２ １１；． 京 交通 大学海 滨 学 院， 北 沧 州 ０ １０） １ 江 江 ２ １６ ２ 北 河 ６ １０ 摘 要 ： 举 了 目前常 用 的 ＩＢ 列 Ｇ Ｔ缓冲 电路 ， 出 了各 自适用 的场 合 ， 给 对缓 冲 电路 进行 了分 析和 设 计 ， 指 出 Ｒ Ｄ缓 冲 电路具 有通 用 并 Ｃ 性 。Ｐ ｐｃ Ｓｉ ｅ软件 仿真 结果 和硬 件 实验 验证 了理 论 分析 的有 效性 。
１１ 两 电 平拓 扑 结 构 的 缓 冲 电路 ．
和下 降电流 的重叠 ， 从而 降低 了 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ的关断损耗 。
ｖＴ 开通时 ， 两端 电压下降 ， ｃ 通过 回路② 向 ｖ 电， Ｔ放 有 定电流的大小选取不 同的形式 。形式 （） ａ 结构简单 ， 应用于主 电 助于达到擎住 电流 值， ｖＴ 快速 开通 。 由于 电流上升 的速 率 使 １ 路电流 为 １ ～１０Ａ 的小功率场合 ； Ｏ ０ 形式 （）（） ｂ ｃ 应用 于主 电路 增加 ， 开通 时间缩短 ， 同样可 以减小 电压和 电流 的重叠 ， 减小开 电流 为 １０ ０ ５ ￣３０Ａ的 中小功 率场合 ； 形式 （） ｅ 应 用于 主 电 通 损 耗 。 ｄ （）
大功率IGBT驱动过流保护电路研究
第２６卷第５期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉａｎｇｆａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏｌ．２６ Ｎｏ．５ 大功率ＩＧＢＴ驱动过流保护电路研究 蔡 兵襄樊学院 物理学系 摘要指出了它们之间的优缺点． 关键词模块驱动过流保护电路 中图分类号： ＴＰ２７３＋．４ 文献标志码： Ａ 文章编号：１００９－２８５４（２００５）０５－００６０－０３ ＩＧＢＴ因其饱和压降低和工作频率高等优点而成为大功率开关电源等电力电子装置的首选功率器件如何设计ＩＧＢＴ的驱动过流保护电路归纳ＩＧＢＴ在１０故ＩＧＢＴ的驱动过流保护电路的设计原则为可采用瞬时封锁栅极电压的方法来实现保护由于瞬时封锁栅极电压会使ｄｉ／ｄｔ很大ＳＳ的时间内降至零电压［４］三驱动过流保护电路现分为分离元件驱动过流保护电路和模块驱动过流保护电路． ２ 驱动过流保护电路的设计 ２．１ 分离元件驱动过流保护电路 以多电源驱动过流保护电路为例Ｔ１ＤＺ１Ｃ４构成延时降压电路． Ｔ６Ｔ１和Ｔ４导通Ｂ点电路不会超过ＤＺ１击穿电压延时电路不延时ＩＧＢＴ的集射极压降上升１１中Ｖ１是ＤＺ１击穿电压τ２＝Ｒ２×Ｃ２ＶＣ２为电容Ｃ２的初始电压Ｔ３导通即Ｆ点和Ｇ点电位下降光耦ＬＰ２导通２２61式单位为伏特τ２＝单位为秒则Ｃ点电位下降恢复到原来值同时Ｃ４开始充电ＩＧＢＴ继续正常工作经Ｔ７使Ａ点电位下降并保持ＩＧＢＴ的栅射极电压最终为－５伏３中单电源驱动过流保护电路的原理与上述多电源驱动过流保护电路类似正电压值一般在１２Ｖ１２Ｖ最佳但设计灵活． ２．２ 模块驱动过流保护电路 以ＥＸＢ８４１系列为例９脚为参考地当１４脚ＥＸＢ８４１中的互补输出级中的上管导通反之其判断公式为Ｖ２ ４Ｖ２为ＥＸＢ８４１内部二极管击穿电压． 如设Ｖ１＝５Ｖ即Ｖｃｅ＝７Ｖ时７Ｖ时保护电路不工作当过流时降低栅射极驱动电压Ｓ后Ｓ内降到ＯＶ． 在这段时间内若故障仍存在通过一定时间的延迟后同时封锁输入信号一二并不能在当前工作周期内实现延时保护关断． D1T4R10 R6R9 R11万方数据蔡兵大功率ＩＧＢＴ驱动过流保护电路研究 62另外此处不再赘述［１４］和［１５］． ３ 结束语 以上介绍了几种ＩＧＢＴ驱动过流保护电路． 分离元件驱动过流保护电路复杂模块驱动过流保护电路使电路的设计简化并具备了一定的保护功能还要考虑扩展其功能． 至于实际应用中采用哪一种方法［１］ 张 立． 现代电力电子技术基础 ［Ｍ］． 北京： 高等教育出版社， ２０００． ［２］ 林谓勋． 电力电子技术基础［Ｍ］． 北京： 机械工业出版社， １９９０． ［３］ 杨 志等． 用于三电平逆变器中的ＩＧＢＴ驱动保护电路设计［Ｊ］． 电力自动化设备， ２００４， ２４（４）： ４２－４４． ［４］ 郝润科， 杨一波． 绝缘栅栏双极型晶体管（ＩＧＢＴ）驱动及保护电路的研究［Ｊ］． 上海理工大学学报， ２００４， ２６（３）： ２８３－２８５． ［５］ 王 强， 刘 皓， 陈 军． ＩＧＢＴ驱动保护电路的改良设计［Ｊ］． 电子工程师， ２００４， ３０（１０）： ４１－４３． ［６］ 邱关源． 电路［Ｍ］． 北京： 高等教育出版社， ２０００． ［７］ 王 永， 沈饶华． 一种简单的ＩＧＢＴ驱动和过流保护电路［Ｊ］． 电测和仪表， ２００４， ４１（４）： ２５－２７． ［８］ 卫三民， 李发海． 一种大功率ＩＧＢＴ实用驱动及保护电路［Ｊ］． 清华大学学报（自然科学版）， ２００１， ４１（９）： ５５－５７． ［９］ 刘建芳． ＩＧＢＴ驱动保护电路的研究［Ｊ］． 青岛化工学院学报， ２００１， ２２（４）： ３９２－３９４． ［１０］ 王 威， 李 亮， 方 昕， 等． 高压大功率ＩＧＢＴ的驱动保护方案研究［Ｊ］． 通信电源技术， ２００５， ２２（１０）： １１－１３． ［１１］ 胡雪峰， 侯 漠． ＩＧＢＴ集成驱动保护模块的分析Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｘｉａｎｇｆａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｘｉａｎｇｆａｎ ４４１０５３，Ｃｈｉｎａ。
IGBT过流保护电路
IGBT过流保护电路
IGBT过流保护电路如下图所示，本电路可用于中频加热系统。
其中运放C814组成电压跟随器，其输入是来自电流互感器的输出，两个电压比较器C271组成窗口电压比较器，比较器的输出经施密特反相器连接到与门的输入端。
当IGBT没有过流时，C814的输入电压比较低，窗口电压比较器输出为高电平，因此EN信号为高电平，使IGBT驱动信号有效，反之，当IGBT过流时，EN信号变为低电平，封锁了IGBT驱动信号而使IGBT 关断，调节电位器VR2，可以改变过流阈值的大小。
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大功率IGBT模块并联特性及缓冲电路研究
大功率IGBT模块并联特性及缓冲电路研究1. 本文概述随着现代电力电子技术的快速发展，大功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块在电力系统、工业控制、新能源等领域中发挥着越来越重要的作用。
特别是在高电压、大电流的应用场合，单个IGBT模块往往难以满足系统的功率需求，将多个IGBT模块并联使用成为了一种常见的解决方案。
IGBT模块在并联运行时会出现诸如均压均流问题、热平衡问题以及开关特性不一致等问题，这些问题不仅影响系统的稳定性和可靠性，还可能缩短模块的寿命。
本文针对大功率IGBT模块并联运行时的特性和问题展开研究，重点分析并联模块之间的电压和电流分配不均的机理，以及由此引发的热平衡问题和开关特性不一致现象。
进一步地，本文将探讨缓冲电路的设计和优化，以解决并联运行中的这些问题。
缓冲电路能够有效地抑制电压和电流的峰值，降低开关过程中的损耗，从而提高系统的效率和可靠性。
本文将通过理论分析和仿真验证，提出一种适用于大功率IGBT模块并联运行的缓冲电路设计方案，并对该设计方案的性能进行评估。
本文的结构安排如下：介绍IGBT模块的基本原理和工作特性，以及并联运行时的问题和挑战分析并联模块间电压和电流分配不均的机理，以及热平衡问题和开关特性不一致现象的产生原因接着，详细阐述缓冲电路的设计原理和优化方法通过仿真实验验证所提出缓冲电路设计方案的有效性和可行性总结全文并提出进一步的研究方向。
2. 模块基础理论绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）是一种高压、大电流的功率半导体器件，广泛应用于电力电子装置中。
IGBT模块的工作原理涉及三个基本过程：导通、截止和开关。
在导通状态下，IGBT作为一个功率开关，允许电流流过而在截止状态下，则阻止电流流过。
IGBT的开关速度和效率是其关键性能指标。
当IGBT模块并联使用时，可以实现更高的功率输出。
模块间的并联特性对整体性能有显著影响。