IGBT驱动电路设计论文提纲

论文题目：用于碳化硅MOSFET与硅IGBT的驱动电路研究与设计

摘要：随着电子电力技术的高速发展,半导体集成电路技术逐渐在工业、医疗、教育等领域中占据主导地位,半导体技术的发展离不开功率器件,而绝缘栅双极型晶体管（IGBT）与碳化硅MOSFET在功率器件中都扮演着重要的角色。IGBT综合了金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和双极型晶体管（BJT）的性能特点,具有输入阻抗高、开关速度快、驱动功率大、热稳定性好、通态电压低、耐压高和承受大电流等一系列优点;碳化硅MOSFET与硅基MOSFET相比,其具有更低的导通电阻与开关损耗以及高温稳定性,因而更加适用于高频领域与一些高温工作场景。考虑到以上优点,IGBT与碳化硅MOSFET被广泛应用于新能源发电、轨道交通、智能电网、汽车电子、国防工业等领域。同时,在IGBT与碳化硅MOSFET的运用中,驱动电路是必不可少的一环,驱动器的优劣直接关系到系统的效率、可靠性和安全性。虽然目前国内外有很多IGBT与碳化硅MOSFET的驱动器,但是同时适用于IGBT和碳化硅MOSFET的驱动器仅有国外的几家巨头公司有相关产品。为了解决上述问题,本文设计一款可以同时驱动IGBT与碳化硅MOSFET的驱动电路,主要的研究内容包括:（1）对比普通硅基MOSFET、硅IGBT以及碳化硅MOSFET的基本结构、等效电路、工作原理、静态特性、安全工作区以及失效机理,分析IGBT与碳化硅MOSFET对驱动电路的基本要求,设计同时适用于IGBT和碳化硅MOSFET的驱动电路,包括驱动电源电路、驱动传输电路以及驱动保护电路等;（2）根据驱动电路的要求,设计驱动传输电路,实现毛刺的抑制、信号的隔离传输、电平转换和功率放大等功能,设计驱动保护电路,对外界干扰而出现的过压、过流、欠压、过温等进行异常处理,设计驱动电源电路为驱动器提供+15V/-5V的栅压;（3）对设计的IGBT和碳化硅MOSFET驱动电路进行实验仿真,然后搭建高压测试平台,对设计完成的驱动电路进行实验测试,验证本设计的可行性。

关键词：功率半导体器件;IGBT;碳化硅MOSFET;驱动电路

学科专业：微电子与固体电子学

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 课题研究工作的背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 IGBT驱动技术研究现状

1.2.2 碳化硅MOSFET驱动技术研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第二章 IGBT与碳化硅MOSFET的基本特性

2.1 基本结构

2.2 等效电路图与工作原理

2.3 静态特性

2.3.1 转移特性对比

2.3.2 输出特性对比

2.4 动态特性

2.4.1 IGBT的开关特性

2.4.2 碳化硅MOSFET的开关特性

2.4.3 碳化硅MOSFET与 IGBT的开关损耗特性对比

2.5 擎住效应

2.6 安全工作区

2.6.1 IGBT的安全工作区

2.6.2 碳化硅MOSFET的安全工作区

2.7 本章小结

第三章 驱动电路设计

3.1 IGBT对栅极驱动的基本要求

3.2 碳化硅MOSFET对栅极驱动的要求

3.3 驱动电路整体架构设计

3.3.1 栅极驱动电压的选取

3.3.2 栅极驱动电阻的选取

3.4 驱动传输电路设计

3.4.1 信号输入接口电路

3.4.2 脉冲调制解调电路

3.4.2.1 脉冲调制电路设计

3.4.2.2 脉冲变压器设计

3.4.2.3 脉冲解调电路设计

3.4.3 栅极驱动电路

3.5 本章小结

第四章 保护电路设计

4.1 过压故障类型及保护

4.1.1 栅极-发射极(栅极-源极)过压及保护

4.1.2 集电极-发射极(漏极-源极)过压及保护

4.2 过流故障类型及保护

4.2.1 负载过流检测保护

4.2.2 短路检测保护电路

4.3 过温故障及保护电路

4.4 欠压保护电路

4.5 保护电路工作原理

4.6 本章小结

第五章 驱动电源电路设计

5.1 DC/DC变换电路

5.2 驱动电路隔离电源主电路设计

5.2.1 主电路拓扑选取

5.2.2 隔离变压器的设计

5.3 本章小结

第六章 仿真实验验证

6.1 调制解调电路的仿真验证

6.2 功率放大电路的仿真验证

6.3 硅IGBT双脉冲仿真验证

6.4 碳化硅MOSFET双脉冲仿真验证

6.5 保护电路的软件仿真验证

6.6 本章小结

第七章 结论

7.1 工作小结

7.2 未来展望

致谢

参考文献