IGCT门极驱动状态与参数检测电路的设计与验证

作     者：卞泉飞 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王彩琳;许长安

授予年度：2023年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：集成门极换流晶闸管 驱动器 状态 检测 PCB罗氏线圈 

摘      要：集成门极换流晶闸管(IGCT)具有低损耗、高可靠性、高电流承受能力和应用场景多等优点,但在实际运行时存在过压、过流等故障,轻则造成IGCT损坏,重则直接造成电力系统的瘫痪。因此,可通过门极驱动单元对IGCT运行状态中的电压、电流进行检测,从而发现故障并及时处理。本文通过仿真和实验对IGCT的门极驱动器状态、电压和电流参数检测电路进行研究,主要研究内容如下:***检测方案的确定。分析IGCT门极驱动器的组成和工作原理,以及门极驱动状态与电压、电流参数检测原理,确定了IGCT的整体检测方案。***门极驱动状态检测电路的设计与验证。设计了驱动器状态信号及内部、外部电压检测电路,基于PSpice、Multisim进行了电路仿真分析,采用Altium De-signer 21 设计实现了电压检测电路板和 电压控制器;利用二极管箝位实现电压隔离保护。实验结果表明,所设计的电压检测电路能完成4.5kV逆阻IGCT驱动器的门-阴极电压、驱动供电电压、关断电容充电电压及IGCT 阳极电压的检测;设计了FPGA+AD7606的电压采集方案,完成了基于ADC的电压信号显示。***电流参数检测电路的设计与验证。依据ICGT门极关断脉冲电流检测要求,确定技术指标,设计了PCB罗氏线圈实物,采用COMSOL及矢量信号分析仪得到PCB罗氏线圈的电参数;在PSpice中仿真分析了有源积分电路,确定了积分芯片为OPA2333,设计了积分电路板,通过实验确定PCB罗氏线圈的比例系数,分别对基于PCB罗氏线圈和商用罗氏线圈的IGCT电流参数检测电路进行实验测试。结果表明,所设计的PCB罗氏线圈基本能达到商用罗氏线圈的性能,符合技术指标要求。该研究成果对IGCT的驱动电路检测提供一定参考。