绝缘栅双极晶体管在大功率固态调制器中的应用研究

论文摘要

本文主要对绝缘栅双极晶体管(IGBT)的特性及其在大功率固态调制器中的应用进行了研究。通过分析、试验和软件模拟，对比了不同工艺、封装形式的IGBT产品作为高压脉冲开关的表现，选择了NPT型单管封装IGBT作为调制器的开关元件。针对实践中使用的具体器件，详细推导分析了IGBT工作时内部的半导体物理过程，并且建立了基于MAST语言的器件物理模型。分析了不同拓扑结构的可行性，选择了合理的调制器主电路形式。针对速调管负载在波形和快速保护等方面的要求，分别设计了IGBT开关模块以及相关的驱动和保护等电路，并完成了电路的安装和调试，形成一台能够用于速调管测试的调制器，其性能达到设计的预期要求。针对在高压条件下难于测量的开关暂态过程，在SABER软件平台上开展了IGBT开关模块工作过程的有关仿真研究。重点分析了均压网络、分布参数、元件离散性等因素对调制器输出特性的影响；对开关过程产生的功率损耗进行了定量计算。对打火过程中，造成IGBT损坏的几种损坏机制进行了仿真分析并提出了相应的解决办法。通过以上工作，提出了基于IGBT的固态脉冲调制器的设计方法和建模分析方法，据此获得的试验结果和仿真结果有较好的一致性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 序论
• 1.1 引言
• 1.2 大功率调制器的发展
• 1.2.1 传统调制器的发展概况
• 1.2.2 固态调制器的发展概况
• 1.3 固态调制器工作原理
• 1.4 半导体功率器件发展概况
• 1.4.1 功率场效应晶体管
• 1.4.2 集成门极换流晶闸管
• 1.4.3 绝缘栅双极型晶体管
• 1.5 本文的主要工作
• 参考文献
• 第二章 IGBT相关半导体物理基础理论及其建模
• 2.1 IGBT的工作原理
• 2.2 IGBT的特性
• 2.2.1 静态特性
• 2.2.2 开关特性
• 2.3 IGBT的选择
• 2.4 IGBT建模
• 2.4.1 IGBT模型的种类
• 2.4.2 建模方法
• 参考文献
• 第三章 固态调制器方案设计
• 3.1 固态调制器技术指标
• 3.2 调制器电路设计
• 3.2.1 调制器主回路参数设计
• 3.2.2 固态开关组件设计
• 3.2.3 驱动电路
• 3.2.4 控制和保护电路
• 参考文献
• 第四章 固态调制器的仿真研究
• 4.1 SABER软件介绍
• 4.2 调制器暂态过程仿真研究
• 4.2.1 均压网络
• 4.2.2 IGBT开关损耗分析
• 4.2.3 其它因素对输出波形的影响
• 4.2.4 开关故障机理分析
• 参考文献
• 第五章 结束语
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢