基于FPGA控制的GCT集成门极驱动电路的研究

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在电力电子技术应用领域中,电力电子器件的性能起着至关重要的作用,电力电子器件的发展决定了电力电子技术的发展。IGCT(集成门极换流晶闸管)一种新型的大功率电力电子器件,主要由GCT(门极换流晶闸管)和门极驱动电路构成,其中,GCT是一种性能优良的新型大功率半导体开关器件,门极驱动电路则是用来实现它的开通与关断及实时反馈其工作状态。GCT器件工作时,其工作性能的优劣与驱动电路的电路特性有着直接的关系,应用时必须与其驱动电路配合才能发挥优越的性能。   本文主要针对1100A/4500V逆导型GCT集成门极驱动电路进行了分析与设计,首先从IGCT研究背景、意义出发,介绍了GCT集成门极驱动电路当前的国内外研究状况,然后,详细的阐述了GCT的基本结构、工作原理及性能参数,并在此基础上确定了GCT开通、维持和关断所需要的门极驱动电流大小及门极驱动电路的设计方案。其次,根据GCT集成门极驱动电路的设计方案,对GCT集成门极驱动电路的开关主电路、电源电路、维持电流检测电路、状态检测电路及逻辑控制电路等电路模块进行了分析设计。其中,采用PSPICE软件对开关主电路的工作性能进行了模拟分析以及各元件参数对电路特性的影响进行了分析优化,确定了开关主电路的各元件参数、GCT工作时所要求的门极驱动电流大小以及各开关管的开关时序;电源电路主要采用电压转化芯片实现电压的变换,在其设计过程中,对电路特性进行了模拟分析,确定了电路中各元件的参数;在维持电流检测电路和状态检测电路的设计中,对电路的功能及元件参数进行了详细的分析,最终确定了电路中各元件参数及电路所要实现的功能;逻辑控制电路是以FPGA作为控制核心的控制电路,采用QuartusⅡ软件进行代码编写,完成功能仿真和时序仿真,实现了逻辑控制电路对各个电路模块的有效控制。最后,得到了以开关主电路和逻辑控制电路为核心的1100A/4500V逆导型GCT集成门极驱动电路及元件参数。   GCT集成门极驱动电路的性能对GCT的工作性能有着直接的影响,其驱动电路性能至关重要。本文为以后人们从事GCT集成门极驱动电路的设计,提供了具有一定参考价值的电路及其经验参数,同时,为GCT集成门极驱动电路的设计提供了一种有效的设计方法。
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