基于IGBT的固态高压脉冲电源的研究与设计

实验二 IGBT管的驱动、保护电路的测试及直流斩波降压电路的研究一、实验目的1．掌握IGBT驱动与保护电路的基本要求，熟悉驱动模块EXB841电路的驱动与保护环节的测试；2．掌握脉宽调制信号发生原理，能对脉宽调制电路的调试及负载电压波形进行分析；3．熟悉直流斩波降压电路的工作原理。

二、预习要求1．了解IGBT驱动的隔离和功率放大的要求；2．了解脉宽调制信号的发生原理；3．了解直流斩波电路的基本原理。

三、实验设备1．IGBT直流斩波电路实验装置单元2．示波器3．万用表四、实验原理及说明该实验由三个部分组成：直流斩波电路，IGBT的驱动和保护电路以及脉宽调制信号发生电路。

下面分别予以介绍。

1．直流斩波电路如图2-1所示，220V单相交流电经整流变压器TR，降为50V交流电，再经整流滤波后变为直流电，其幅值在45V～70V之间，视负载电流大小而定。

直流电路的负载为220V、15W白炽灯，用绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为开关管，来控制直流电路的通断，以调节负载上平均电压的大小。

图2-1 IGBT 直流斩波电路2．IGBT管的驱动和保护电路（1）IGBT管IGBT管是一个复合元件，它的前半部分类似绝缘栅场效应管（是电压控制型，具有输入阻抗高的优点），后半部分类似双极管晶体管（具有输出阻抗小、导通压降小、承受电流大的优点）。

它兼有场效应管和双极晶体管的优点，因而获得日益广泛的应用。

（2）IGBT的驱动电路IGBT具有显著的优点，已日益广泛应用于通用变频调速器，位置控制和不间断电源领域。

目前有多种IGBT驱动模块。

现以EXB841为例，来介绍IGBT驱动电路的工作原理。

EBX841型模块，可驱动300A/1200V IGBT元件，驱动延迟时间小于1μs，最高工作频率可达40～50kHz。

它只需要外部提供一个+20V的单电源（它内部自生反偏电压）。

模块采用高速光电耦合（隔离）输入，信号电压经电压放大和推挽（射极跟随）功率放大输出，并有过电流保护环节。

毕业设计开题报告——脉冲功率电源设计各位读友大家好，此文档由网络收集而来，欢迎您下载，谢谢压敏电阻器是1种电阻值对外加电压敏感的电子元件，随着电压的增高阻值下降，因此i-v特性不是1条直线。

所以压敏电阻器也称为非线性电阻器。

zno 非线性电阻器由于其优异的非线性特性和良好的保护性能，已经逐步取代碳化硅非线性电阻器，在电力系统、电子电路和1般家用电气设备中都得到了广泛应用，尤其在过电压、高能浪涌的吸收以及高压稳压等方面的应用更为突出，成为决定电力系统绝缘配合水平的新1代保护装置。

过压保护又分为大气过压保护和操作过压保护。

1979年日本研制出第1个标称电压值为4。

2～280kv的无间隙避雷器;标称500kv的无间隙避雷器也已通过了各种试验。

在我国，zno 避雷器带串连间隙4星接法(tbp)的提出，成功的解决了我国3～66kv中性点非有效接地系统的保护问题。

在zno非线性电阻的生产过程中，必须测试zno非线性电阻的i-v特性并进行能量冲击试验。

通过所测定的对所测定的特性曲线的计算，分析其电参数是否满足保护要求，从而检测出zno非线性电阻是否合格。

这些电参数主要是非线性系数α、材料c值、通流容量、漏电流和电压温度系数。

课题要设计脉冲功率电源即为测试电源，将模拟实际过压保护时可能出现的高功率脉冲大电流，对非线性电阻进行能量冲击试验，同时测试出非线性电阻的i-v特性和电参数。

毕业设计主要完成的工作内容包括脉冲测试电源的主电路设计、参数选择、储能电抗器参数计算及工程设计等。

该脉冲电源由储能电感、换流开关和控制测量等部分组成。

需要通过整流桥先将3相交流电整流成直流电对储能电抗器进行充电，然后通过控制开关使电抗器与整流桥断开并对zno放电。

电感储能是以磁场方式储能，储能密度高、传输功率大，装置体积小、成本低，电感储能在脉冲功率技术中有着极大的应用潜力。

电抗器设计是整个电源设计的核心，其参数计算的正确性是电源性能工作可靠性的保证。

高性能大电流脉冲电源的设计与实现曹海源胡婷婷韦尚方万强孙斌卢常勇（武汉军械士官学校光电技术研究所，湖北武汉 430075）摘要 本文针对高功率脉冲DPSSL对激光电源的要求，综合运用了ARM7单片机控制技术、串联VICOR模块可调稳压源、IGBT功率器件及各种保护电路，设计并实现了小型、高效的半导体泵浦激光器驱动电源，具有电压调节范围宽、峰值电流高、控制精度高、良好的稳定性和高低温环境适应性等特点。

测试表明：电源整机运行稳定可靠，达到了很高的技术指标要求，可广泛应用于军用激光测距、激光雷达、激光对抗等领域。

关键词 驱动电源；ARM7；电流脉冲；IGBT；VICOR模块中图分类号 TN248.4 文献标识码 BDesign and Realization of High Performance and Strong Current Pulse Power Supply Cao,Hai-yuan Hu,Ting-ting Wei,Shang-fang Wan,Qiang Sun,Bin Lu,Chang-yong(Opto-electronics Facility, Wuhan Ordnance Noncommissioned Officers School,Wuhan, Hubei, 430075, P.R.China)Abstract: In this paper, according to the request of the high power pulse DPSSL, we design and implement a compact, high efficiency power supply for DPSSL, which combines the control technology of ARM7 MCU, tunable voltage stabilizer using VICOR modules in series structure, IGBT power components, closed loop adjusting circuit, and various protective measures. It is specified as wide tuning range of the voltage, high peak current, high control precision, high stability, high adaptability to the high-low temperature, and so on. Test and measurement results show that our power supply operates steadily and reliably, and well meets the request of the performance index in the project. It can be widely applied in military laser rangefinder, Lidar, laser counterwork, and so on.Keywords: power supply; ARM7; current pulse; IGBT;VICOR module1 引言DPSSL（Diode Pumped Solid-State Laser）出现于八十年代末，与传统的灯泵固体激光器相比，它具有效率高、寿命长、结构紧凑、稳定性高等特点，广泛应用于军事、航空航天等领域中。

IGBT升压斩波电路设计引言在工业、能源和交通等领域中，高稳定性的直流电源得到广泛应用。

而升压斩波电路是一种常见的直流电源升压技术，在短时间内将直流电压升高到所需电压水平，同时保证电路稳定性和高效性。

因此，设计一种合理可行的IGBT升压斩波电路对于实际应用有非常重要的意义。

1.升压斩波电路原理升压斩波电路是通过改变输入电流的波形来实现电压的升高，使电压高于输入电压。

其实现原理是利用三极管的导通与截止控制，将电压进行放大、升压和限流的过程。

具体原理如下：1.在升压周期内，当输入电压低于输出电压，将三极管S1导通，使电感L储存能量。

2.当电压达到一定值时，开关S1关闭，而三极管S2导通，以使储存在电感L中的能量释放，从而产生高电压。

3.在降压周期内，当输入电压高于输出电压时，电感L将存储电流，而电容C通过三极管S2连接会被放电，以使电路中的电流保持稳定。

4.当电压下降到一定程度后，开关S2关闭，而三极管S1导通，使剩余能量继续储存于电感L中，以进行下一次升压。

2.IGBT升压斩波电路设计在设计IGBT升压斩波电路之前，需要考虑一些参数和特性，如输出电压、电流、升压斜率、升压率、升压时间、谐振频率、效率和稳定性等因素。

在设计过程中，需要根据实际需求进行合理参数选择和参数调整，针对性优化设计，以达到最佳的工作效果。

2.1 设计参数选择在设计IGBT升压斩波电路时，首先需要考虑输出电压和电流的大小，以确定升压斩波电路的类型和参数。

在选择输出电压和电流时，需要考虑实际应用环境中所需的电压范围和电流稳定性，选择合适的交流输入电压和电容参数。

此外，根据所选择的参数，还需要适当调整升压斜率、升压率和升压时间等因素，以提高效率和稳定性。

2.2 升压斩波电路拓扑结构设计针对不同的电压和电流要求，升压斩波电路有多种不同的拓扑结构，如单臂斩波、全桥斩波、半桥斩波和反平衡斩波等。

在选择拓扑结构时，需要考虑它们的优缺点和适用规律，确定最佳的设计方案。

高压IGBT模块2SD315AI介绍了一种新型高性能高压集成驱动模块2SD315AI-33的管脚功能和工作原理,同时还给出了该模块与同类产品相比的显著性能特点,介绍了2SD315AI-33在“双-电机”能量互馈式沟通传动实验系统中的应用办法,研究了在实际应用中的注重事项2SD315AI-33是瑞士CONCEPT公司专为3300V高压IGBT的牢靠工作和平安运行而设计的驱动模块,它以专用芯片组为基础,外加必须的其它元件组成该模块采纳脉冲隔离方式,能同时驱动两个IGBT 模块,可提供%26;177;15V的驱动和%26;177;15A的峰值,具有精确牢靠的驱动功能与灵便可调的过流庇护功能,同时可对电源电压举行欠压检测,工作频率可达兆赫兹以上;电气隔离可达到6000VAC1 2SD315AI-33简介1.1 形状及管脚功能图1所示为2SD315AI-33的形状图,该芯片共有44个管脚详细功能如下:1,2脚(VDD):信号电源;3脚(SO1):通道1状态输出;4脚(VL/Reset): 定义规律电平/错误信号复位; 5脚(RC1):通道1死区RC网络;6脚(InB):2/ENABLE;7脚(RC2):通道2死区RC网络;8脚(MOD):模式挑选;9脚(SO2):通道2状态输出;10脚(InA):PWM1/PWM;11,12脚(GND):15V电源地;13~17脚(VDC):DC/DC驱动电源;18~22脚(GND):DC/DC驱动电源地;23脚(Ls2):通道2的状态显示端;24脚(C2):通道2的集电极检测端;25脚(Rth2): 通道2的阈值端;26,27脚(E2):通道2的放射极;28脚(Viso2): 通道2的DC/DC输出侧电源; 29,30脚(COM2):通道2的DC/DC输出侧地; 31,32脚(G2):通道2的栅极;33,34脚(NC):未用;35脚(Ls1):通道1的状态显示端;36脚(C1):通道1的集电极检测端;37脚(Rth1):通道1的阈值电阻端;38,39脚(E1):通道1的放射极;40脚(Viso1):通道1的DC/DC输出侧电源; 41,42脚(COM1):通道1的DC/DC输出侧地; 43,44脚(G1):通道1的栅极1.2 主要参数2SD315AI-33的极限参数如下?●供电电压VDD和VDC:16V;●规律信号输入电平:VDD;●门极峰值电流Iout:%26;177;18A;●内部输出功率:6W;●输入输出隔离电压:6000VAC 50Hz/min ;●工作温度:-40~85℃;下面是2SD315AI-33的主要电参数●输入输出延迟开通时光tpd on :300ns;●关断时光tpd(off):350ns;●短路或欠压庇护阻断时光:1s;●输出升高时光tr(out):160ns;●输出下降时光tf(out):130ns;●最大电压升高率:100kV/μs2 工作原理及性能特点2.1 工作原理图2为2SD315AI-33的功能框图它主要由DC/DC转换输入处理电路驱动输出及规律庇护电路组成DC/DC转换电路的功能是将输入部分与工作部分举行隔离而其输入处理电路由LDI001及其外围电路组成因为控制电路产生的PWM信号不能挺直通过脉冲变压器,尤其是当脉冲信号的频率和占空比变幻较大时,尤为困难 LDI001就是特地为此而设计的,此专用集成芯片的功能主要是对输入的PWM信号举行编码,以使之可通过脉冲变压器举行传输因为该器件内部带有施密特触发器,因此对输入端信号无特别的边沿陡度要求,并能提供准静态的状态信号反馈将其设计为集电极开路方式,可以适应任何电平规律,并可挺直产生死区时光以上优点使得接口既易用又灵便,从而省去了其它专用电路所必须的许多外围器件驱动输出及规律庇护电路的核心芯片是IGD001 它将变压器接口过流短路庇护阻断规律生成反馈状态记录供电监视和输出阶段识别等功能都已集成在一起每个IGD用于一个通道,其详细功能是对脉冲变压器传来的PWM信号举行解码,对PWM信号举行功率放大,对IGBT的短路过流及电源的欠压检测庇护,并向LDI反馈状态,以产生短路庇护的响应时光和阻断时光等2.2 性能特点2SD315AI-33与其它驱动器相比具有以下几个显著的特点:(1)可灵便定义规律电平;(2)可自由挑选工作模式;(3)具有短路和过流庇护功能;(4)具有欠压监测功能;(5)可动态设定短路庇护阈值3 2SD315AI-33在实际中的应用3.1 应用实例笔者所在试验室中正在设计的“双逆变器-电机”能量互馈式沟通传动实验系统因为采纳专为电力机车所设计的300kW异步电机,故逆变器和变流器的主开关器件选用的是EUPEC公司的高压IGBT 模块FZ1200R33KF1 该器件的电压等级为3300V,电流等级为1200A 按照FZ1200R33KF1对驱动庇护电路的要求以及2SD315AI-33驱动模块的性能特点,笔者设计了IGBT的驱动庇护电路,详细3所示该电路由输入庇护电源庇护上电复位死区时光设定及与IGBT的接口电路几部分组成,该电路工作于半桥模式以下分离予以介绍:输入庇护:通常驱动板通过引线与控制电路相连,因此,应对驱动电路的输入InputA和InputB赋予适当地庇护,以便在掉电或输入信号呈高阻时,输入端能够通过电阻Rx1接地 Cx1的作用是抑制输入端浮现的短脉冲或有害的尖峰脉冲该电路会产生大约1μs的信号延迟电源庇护:在一定的状况下,假如驱动器外部发生短路(如IGBT毁坏或短路),则驱动模块内部的DC/DC变换器可能会导致电源线短路故设计时在VDD端增强了一个熔断器,以保证在浮现故障时电路板不致毁坏图中的16V稳压管Z2用于过压庇护上电复位:因为上电后的错误信息总是保存在驱动模块的错误寄存器中,因此在驱动电路与控制电路分别的状况下,可通过图3衔接于VL/Reset的上电复位电路举行复位该电路同时还有欠压庇护功能VDD>12.7V时,Z1反向击穿,Q1导通,Q2截止,VL为高电平,驱动器开通;而当VDD。

IGBT驱动与保护电路的应用研究绝缘门极双极型晶体管(Isolated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT),也称绝缘门极晶体管。

由于IGBT内具有寄生晶闸管,所以也可称作绝缘门极晶闸管,它是上世纪80年代中期发展起来的一种新型复合器件。

由于它将MOSFET和GTR的优点集于一身,既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点,又有通态电压低、耐压高的优点,因此技术发展很快,倍受厂商和用户欢迎。

在电机驱动、中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域,IGBT有取代MOSFET和GTR 的趋势。

但在IGBT实际应用中,要重点考虑的一个问题是IGBT的保护问题,在此自行设计了一种简单又适用的保护电路,并取得了很好的效果。

1IGBT栅极驱动电压UgeIGBT的驱动条件与IGBT的特性密切相关。

在设计栅极驱动电路时,当栅极驱动电压大于阈值电压时IGBT即可开通,一般情况下阈值电压Uge(th)=5～6V。

这样即可以使IGBT在开通时完全饱和,通态损耗最小,又可以限制短路电流。

因此栅极驱动电压Uge需要选择一个合适的数值,以保证IGBT的可靠运行。

栅极电压增高时,有利于减小IGBT的开通损耗和导通损耗,但同时将使IGBT能承受的短路时间变短(10μs以下),使续流二极管反向恢复过电压增大,所以务必控制好栅极电压的变化范围,一般Uge可选择在-10～+15V之间,关断电压为-10V,开通电压为+15V。

因此通常选取栅极驱动电压Uge≥D×Uge(th),系数D=1.5、2、2.5、3。

当阈值电压Uge(th)为6V时,栅极驱动电压Uge则分别为9V、12V、15V、18V,12V最佳。

使IGBT在关断时,栅极加负偏压,以提高抗负载短路能力和du/dt引起的误触发等问题。

2IGBT栅极电阻Rg选择适当的栅极串联电阻Rg对IGBT驱动相当重要。

当Rg增加时,将使IGBT 的开通与关断时间增加,使开通与关断能耗均增加,但同时,可以使续流二极管的反向恢复过电压减小,同时减少EMI的影响。

目录摘要 (1)1前言 (1)2方案确定 (2)3主电路设计 (2)3.1 主电路方案 (2)3.2 工作原理 (3)3.3参数分析 (4)4控制电路设计 (5)4.1 控制电路方案选择 (5)4.2 工作原理 (6)4.3 控制芯片介绍 (7)5驱动电路设计 (9)5.1 驱动电路方案选择 (9)5.2工作原理 (10)6保护电路设计 (11)6.1 过压保护电路 (11)6.1.1主电路器件保护 (11)6.1.2负载过压保护 (12)6.2 过流保护电路 (13)7系统仿真及结论 (14)7.1 仿真软件的介绍 (14)7.2仿真电路及其仿真结果 (14)心得体会 (16)参考文献 (17)致谢 (18)IGBT降压斩波电路设计摘要：直流-直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流电变流电路和间接直流电变流电路。

直接直流电变流电路也称斩波电路，它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。

间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。

直流斩波电路的种类有很多，包括六种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路。

Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，利用不同的斩波电路的组合可以构成符合斩波电路，如电流可逆斩波电路，桥式可逆斩波电路等。

利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。

关键字：IGBT 直流斩波降压斩波1前言随着电力电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。

伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。

开关电源分为AC/DC和DC/DC，其中DC/DC变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。

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5KV重复频率高压脉冲电源设计作者：佚名来源：维库发布时间：2010—4-28 9：14：17 ［收藏］［评论]5KV重复频率高压脉冲电源设计概述:重复频率高压脉冲产生技术是随着近代科学实验而发展起来的一门技术。

主要是依据实验需求，产生不同幅值、频率和脉冲宽度等参数的高压脉冲。

目前在科学研究、工业生产、技术改造中得到越来越多的应用.5 kV重复频率高压脉冲电源主要用于气体的预电离,在毛细管放电X线激光的研究中，预脉冲放电对气体预电离被认为是产生X线激光的必要条件。

本文利用IGBT做主开关，通过脉冲变压器升压的方式来得到高压脉冲，采用工控计算机和数据采集控制卡对整个系统进行控制。

　1 系统总体设计 脉冲电源的主要指标要求：脉冲电压3～5 kV可调；脉冲宽度2~20 μs可调;脉冲频率1~200 Hz可调;脉冲电流最大100 A。

根据指标要求，所设计的系统原理框图如图l所示。

系统工作过程如下：由控制系统控制可调直流高压电源给储能电容器充电,当充电电压达到设定值后，再控制IGBT按照设定的频率和脉冲宽度导通，产生脉冲电压加在高压脉冲变压器原边,最后由高压脉冲变压器升压，产生所需的高压脉冲加在负载上。

2 高压脉冲变压器设计 依据指标要求,高压脉冲变压器的主要参数如下：变比设计为1：4；次级电压为5 kV；初级电压为1．25 kV；最大脉冲宽度为20μs;频率最大为200 Hz。

电除尘用电除尘用脉冲式高频高压电源脉冲式高频电源是新一代先进的电除尘器电源产品。

以我司自主开发的GAC-520控制器作为中心控制部件，以IGBT为主控器件，借助调制解调技术，驱动不同类型整流变压器，实现高频电源功能，为电除尘器电场提供最高的电晕功率，最大限度激发电场的收尘潜能，提高除尘效率。

一、产品特点1、二次电压平滑、二次电流高、闪络控制特性好二次电压趋近于纯直流，几乎没有纹波。

高频电源纯直流供电时的输出纹波小于5%，远小于工频（50/60Hz）电源35%-45%的纹波百分比，闪络恢复快，运行平均电压可达工频电源的1.3倍。

二次电流为尖峰载波使阴极尖端的电场强度的不均匀性更加激烈，电晕电流加大，可达工频电源的2倍，在同一电场的情况下，能够大幅度提高电晕功率，提高收尘效率。

闪络恢复快，微秒级内快速关断闪络电流，无闪络电流冲击问题，不会损伤极板，极线。

2、运行更可靠，系统更智能脉冲式高频电源借助调制解调技术，将高频信号调制于低频载波信号中，解决了高频大功率信号不能远距离传输的问题，成功地将高频控制柜与变压器分开，避免了原高频电源控制柜置于除尘器顶上受环境侵蚀的故障发生，极大地提高设备的运行可靠性。

采用IGBT硬开关工作方式。

在硬开关工作方式下，逆变回路的工作频率及载波频率完全由单片机控制，与逆变回路参数及负载的大小无关，保证工作的稳定性，同时减少了逆变回路的损坏，提高逆变回路的效率。

与常规的电源相比具有更高的除尘效率。

内置智能型控制软件，能根据现场的工况情况，自动调节工作频率，以适应不同电场、不同工况的要求。

工作频率从2KHz-20KHz之间变化。

任何的谐振式高频电源都无法做到这样宽范围频率调节。

3、三相平衡，无谐波采用三相电源输入，对电网无污染。

效率与功率因素高，功率因素大于95%，比工频电源节能20%以上，节省大量电能，绿色环保。

4、非常适用于除尘器电源产品的升级改造，方便快捷脉冲式高频高压电源控制柜，非常使用用于常规电源的升级改造成为高频电源。

一种高压隔离IGBT驱动器电源设计艾胜;陈玉林;王俊炎【摘要】针对国内在中大功率IGBT驱动技术方面比较落后的现状,重点研究了高压隔离开关电源的设计；详细分析了中大功率IGBT对驱动器电源的特殊要求,基于以上要求,采用反激变换原理设计了反激式DC-DC开关电源;根据变压器工作原理,设计了具有大于12 kV高隔离电压的开关电源变压器.并以英飞凌FZ1500R33HL3型IGBT为对象进行了试验,测试了驱动电源的性能,试验证明所设计的电源满足驱动器工作要求.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2013(033)009【总页数】5页(P1-4,8)【关键词】IGBT;驱动器;反激变换;DC-DC开关电源;变压器【作者】艾胜;陈玉林;王俊炎【作者单位】海军工程大学,武汉430033;海军工程大学,武汉430033;海军工程大学,武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TM860 引言在电力电子领域，中大功率IGBT应用日趋广泛，未来舰船电力系统中都需要大量应用中高压大功率IGBT [1]。

IGBT驱动器作为主电路与控制电路之间重要桥梁，直接关系着功率变换器的性能优劣。

一个理想的中大功率IGBT驱动器必须能够实现以下功能需求：1）减少IGBT模块的开通和关断暂态过程中的损耗[2-3]。

2）减少开通过电流和关断过电压。

3）限制由开关过程导致的EMI。

4）对IGBT故障状态进行监测并提供相应的保护。

设计具有较高隔离能力的高压隔离电源是高压大功率IGBT驱动设计的关键技术之一。

本文以FZ1500R33HL3型IGBT作为驱动对象，重点研究了高隔离水平DC-DC开关电源的设计方法，并开发了电压等级为3300 V及以上等级的中大功率IGBT驱动器电源。

试验验证了所设计电源的有效性和可靠性，取得了较好的试验效果。

1 电源设计要求电源设计的首要工作，就是明确设计要求。

根据FZ1500R33HL3型IGBT数据手册可知，其门极充电量（Gate Charge）QG=42.0 μC，若开关频率fSW=2000 Hz,驱动电压U=±15 V的情况下，驱动功率为：式中ΔQ为门极充电电量QG，ΔU为IGBT门极电压的变化，在这里为30 V，将参数的值代入可得PTOTAL=2.58 W。

4500 V高压IGBT模块设计与实验研究
杨英杰;梁琳;王以建;颜辉
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2022(56)1
【摘要】针对覆铜陶瓷板(DBC)展开设计,以4500 V高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为研究对象,提出了一种多物理场耦合下的高压封装设计思路。

首先得到了DBC结构与三相点处电场强度的关系,并建立了DBC热阻和寄生参数的数学模型,采用Fmincon算法优化DBC结构参数,在保证绝缘及电磁性能基础上尽可能减小DBC带来的热阻。

接着通过有限元仿真验证了优化后模块结壳热阻降低了13%,同时优化后模块内三相点周围最大电场强度下降。

最后对所设计的高压IGBT模块进行封装与测试,在10kV绝缘耐压测试中证明了高压模块良好的绝缘性能,并在2800V/30A条件下证明了其良好的开关性能,对其进行瞬态热阻测试证明其较好的散热性能。

【总页数】4页(P134-137)
【作者】杨英杰;梁琳;王以建;颜辉
【作者单位】华中科技大学;常州瑞华新能源科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN32
【相关文献】
1.抗宇宙射线的高压IGBT模块的优化设计
2.高压IGBT模块局部放电研究现状
3.高压IGBT模块通断过程电磁兼容问题研究
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IGBT大功率高频高压开关电源变压器的研制栾松张海峰(辽宁大连大连电子研究所 116021)摘要：主要分析了高频高压变压器的等效电路和研制难点，提出了设计方案。

关键词：开关器件微晶体在国外，70年代开始，日本的一些公司开始采用开关电源技术，将市电整流后逆变为3kHz左右的中频，然后升压，从而减小变压器体积和重量。

进入80年代，高压开关电源技术迅速发展。

德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件，将电源的开关频率提高到20kH:以上。

使变压器系统的体积进一步减小。

近十年来，随着电力电子技术的进步和开关器件的发展，高压开关电源技术不断发展。

突出的表现是频率在不断提高，如德国的霍夫曼公司高压发生器频率高达40kHz。

另外，高压开关电源的功率也在不断地提高，30kW的大功率高压开关电源在产品上己很成熟，更高功率的高压开关电源也有很快的发展。

可以看出，高压开关电源的发展的主要趋势是:①频率不断提高，②功率不断增加。

我国自90年代初开始对高频化的高压大功率开关电源技术进行研究，静电除尘高压直流电源也实现了高频化，采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压，然后由高频变压器升压，最后整流为直流高压，在电阻负载条件下，输出直流电压达到72kV，电流达到0.8A，工作频率为20kHz。

因此，高频高压变压器研制是高压开关电源重点。

一、高频高压变压器的等效电路图1（a）图1（b）图1（c）图1高频高压变压器的等效电路图1(a)为变压器等效电感模型，励磁电感Lm 很大，并且与原边绕组并联，因此可以忽略副边的漏感L2折合到原边值，L2和原边的漏感Ll的和为变压器的等效漏感Ls。

图1(b)为变压器分布电容的等效模型，Clg为原边匝间及对地电容;C2g为副边匝间及对地电容;C2为副边各层间电容;C12原副边间电容。

在各分布电容中，C2g较其它分布电容都小，可以忽略;Clg C12和C2的电容值大约为10-100pF，而C2折合到原边后则比Clg和C12大得多，因此Clg和C12可以忽略，在各分布电容中C2起着主导作用，将其折合到原边，可以得到变压器的等效电路模型图1(c)，它由等效漏感Ls，等效电容Cp和理想变压器组成。

IBGT驱动电路设计我们设计了一种基于光耦HCPL-316J的IGBT驱动电路。

实验证明该电路具有良好的驱动及保护能力。

下面是此IBGT驱动电路的原理分析：绝缘门极双极型晶体管(Isolated Gate Bipolar Transistor简称IGBT)是复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件，具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好驱动电路简单、通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，因此现今应用相当广泛。

但是IGBT 良好特性的发挥往往因其栅极驱动电路设计上的不合理，制约着IGBT的推广及应用。

因此本文分析了IGBT对其栅极驱动电路的要求，设计一种可靠，稳定的IGBT驱动电路。

IGBT驱动电路特性及可靠性分析门极驱动条件IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。

门极电路的正偏压uGS、负偏压-uGS和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du/dt电流等参数有不同程度的影响。

其中门极正电压uGS的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和duGS/dt电流有较大的影响，而门极负偏压对关断特性的影响较大。

同时，门极电路设计中也必须注意开通特性，负载短路能力和由duGS/dt电流引起的误触发等问题。

根据上述分析，对IGBT驱动电路提出以下要求和条件：(1)由于是容性输出输出阻抗；因此IBGT对门极电荷集聚很敏感，驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗的放电回路。

(2)用低内阻的驱动源对门极电容充放电，以保证门及控制电压uGS有足够陡峭的前、后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。

另外，IGBT开通后，门极驱动源应提供足够的功率，使IGBT不至退出饱和而损坏。

(3)门极电路中的正偏压应为+12～+15V；负偏压应为-2V～-10V。

(4)IGBT 驱动电路中的电阻RG对工作性能有较大的影响，RG较大，有利于抑制IGBT 的电流上升率及电压上升率，但会增加IGBT 的开关时间和开关损耗；RG较小，会引起电流上升率增大，使IGBT 误导通或损坏。