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绝缘栅双极晶体管在大功率固态调制器中的应用研究

作　者: 蔡政平
导　师: 王勇
学　校: 中国科学院研究生院（电子学研究所）
专　业: 物理电子学
关键词: 绝缘栅双极晶体管大功率固态调制器 SABER 仿真
分类号: TN322.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 152次
引　用: 1次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章序论  9-21
  1.1 引言  9
  1.2 大功率调制器的发展  9-14
    1.2.1 传统调制器的发展概况  10-12
    1.2.2 固态调制器的发展概况  12-14
  1.3 固态调制器工作原理  14-15
  1.4 半导体功率器件发展概况  15-17
    1.4.1 功率场效应晶体管  16
    1.4.2 集成门极换流晶闸管  16-17
    1.4.3 绝缘栅双极型晶体管  17
  1.5 本文的主要工作  17-18
  参考文献  18-21
第二章 IGBT相关半导体物理基础理论及其建模  21-36
  2.1 IGBT的工作原理  21-23
  2.2 IGBT的特性  23-26
    2.2.1 静态特性  23-24
    2.2.2 开关特性  24-26
  2.3 IGBT的选择  26-28
  2.4 IGBT建模  28-33
    2.4.1 IGBT模型的种类  28-29
    2.4.2 建模方法  29-33
  参考文献  33-36
第三章固态调制器方案设计  36-46
  3.1 固态调制器技术指标  36-37
  3.2 调制器电路设计  37-44
    3.2.1 调制器主回路参数设计  37-38
    3.2.2 固态开关组件设计  38-41
    3.2.3 驱动电路  41-42
    3.2.4 控制和保护电路  42-44
  参考文献  44-46
第四章固态调制器的仿真研究  46-61
  4.1 SABER软件介绍  46-48
  4.2 调制器暂态过程仿真研究  48-60
    4.2.1 均压网络  48-50
    4.2.2 IGBT开关损耗分析  50-53
    4.2.3 其它因素对输出波形的影响  53-55
    4.2.4 开关故障机理分析  55-60
  参考文献  60-61
第五章结束语  61-63
攻读硕士学位期间发表论文情况  63-64
致谢  64

绝缘栅双极晶体管在大功率固态调制器中的应用研究

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