高精度固态调制器绝缘栅双极晶体管驱动电路

作     者：石秀倩 何大勇 李飞 甘楠 牟雅洁 李京祎 Shi Xiuqian;He Dayong;Li Fei;Gan Nan;Mu Yajie;Li Jingyi

作者机构：中国科学院高能物理研究所北京100049 中国科学院大学北京100049 

出 版 物：《强激光与粒子束》 (High Power Laser and Particle Beams)

年 卷 期：2024年第36卷第6期

页      面：120-128页

核心收录：

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

基　　金：中国科学院高能物理研究所科技创新项目 国家重大科技基础设施项目 

主　　题：固态调制器 脉冲电压精度 绝缘栅双极晶体管 栅极驱动电路 导通抖动 

摘      要：加法器式固态调制器是一种使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)控制储能电容放电来产生脉冲高压的装置,相比传输线型调制器,具有模块化、稳定性好、寿命长等优势。但IGBT的正常工作需要利用栅极驱动电路将控制信号进行放大才能实现,驱动电路的性能直接影响IGBT的开关特性,最终影响脉冲电压质量,尤其是驱动电路的导通抖动指标,这是影响脉冲电压精度的关键因素之一。根据加法器式固态调制器中IGBT的工作特性,以提高脉冲电压精度为目标,对驱动电路进行研究。分析了开关抖动对输出电压精度的影响,介绍了设计原理,研制了驱动电路板,并利用放电模块对其工作性能进行了实验测试。测试结果表明,该款驱动电路的导通抖动为300 ps,相比1 ns的商用驱动电路抖动压缩至1/3,在1 kV充电电压下,放电模块在0.5Ω的负载上放电,形成上升时间为500 ns、导通抖动峰、峰值在5 ns以下的脉冲电压,当发生退饱和故障时,驱动电路能够在4μs时间内关断IGBT,该款驱动电路满足高精度固态调制器的工作要求。