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双级矩阵变换器驱动保护电路设计与研究

作　者: 孟晖
导　师: 粟梅
学　校: 中南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 双级矩阵变换器 IGBT 驱动电路保护电路
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

双级矩阵变换器(Two-Stage Matrix Converter,TSMC)是一种新型拓扑结构的电力变换器,其继承了传统矩阵变换器的优点：能量双向流动、输入输出电压电流正弦波形、输入功率因数可控、结构紧凑、无中间储能环节。除了以上优点外,双级矩阵变换器还具有功率开关器件数量减少、箝位电路简单、换流简单可靠和调制算法复杂度降低等优点,因此已成为目前具有发展潜力的一种电力变换器。本文详细分析了双级矩阵变换器对于开关器件的要求和开关器件的选择。选择了IGBT(绝缘栅极晶体管)作为双级矩阵变换器的开关器件,并且对其结构与基本性能做了详细的介绍,在仿真工具Pspice下建立仿真模型,了解IGBT器件在开关过程中电流和电压的变换规律。在双级矩阵变换器中,驱动电路控制开关器件IGBT有序的开通与关断,使双级矩阵变换器能够可靠换流。保护电路确保开关器件IGBT在异常状态下能够及时关断,保障装置的安全性。本文分析了双级矩阵变换器对于驱动电路和保护电路的基本要求,采用三菱公司的M57962L驱动芯片设计了一款针对双级矩阵变换器的驱动保护电路,该电路驱动能力强、功能配置灵活、通用性强、成本低,具有过载、短路、过压等保护功能,保障了双级矩阵变换器的安全稳定地运行。实验结果表明所设计的驱动电路和保护电路的有效性,为双级矩阵变换器的工业化和产品化奠定了一定的基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-10
  1.1 论文的背景和意义  7-8
  1.2 当前研究现状  8-9
    1.2.1 矩阵变换器的研究现状  8
    1.2.2 电力电子器件的研究现状  8-9
  1.3 本文研究的主要工作  9-10
第二章双级矩阵变换器的开关器件  10-21
  2.1 双级矩阵变换器开关器件的选择  10-12
  2.2 IGBT结构及特性  12-16
    2.2.1 IGBT的结构  12-13
    2.2.2 IGBT的基本特性  13-16
  2.3 擎住效应与安全工作区  16-18
  2.4 IGBT器件仿真  18-20
  2.5 本章小结  20-21
第三章双级矩阵变换器的驱动电路  21-40
  3.1 IGBT对驱动电路的要求  21-26
    3.1.1 栅射极电压要求  21-23
    3.1.2 栅极电阻要求  23
    3.1.3 驱动功率要求  23-24
    3.1.4 其他要求  24-26
  3.2 驱动电路的设计  26-39
    3.2.1 驱动电路的总体设计  26-27
    3.2.2 逻辑控制电路设计  27-29
    3.2.3 功率放大模块电路设计  29-34
    3.2.4 开关损耗轨迹法  34-37
    3.2.5 IPM模块驱动信号调理电路  37-39
  3.3 本章小结  39-40
第四章双级矩阵变换器的保护电路  40-62
  4.1 IGBT对保护电路的要求  40-42
    4.1.1 过压保护  40-41
    4.1.2 过流保护  41-42
    4.1.3 过热保护  42
  4.2 保护电路的实现  42-61
    4.2.1 过压保护  43-53
    4.2.2 过流保护  53-57
    4.2.3 过热保护电路  57-61
  4.3 本章小结  61-62
第五章实验结果  62-67
  5.1 驱动电路实验  62-64
  5.2 保护电路实验  64-66
  5.3 本章小结  66-67
第六章结论与展望  67-68
  6.1 结论  67
  6.2 工作展望  67-68
参考文献  68-72
致谢  72-73
攻读硕士期间主要的研究成果  73

双级矩阵变换器驱动保护电路设计与研究

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