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基于IGBT的直流固态功率控制器研制

杨莹  
【摘要】:固态功率控制器是以半导体功率器件为核心构成的智能开关装置,它不但具有断路器能够实现实时保护和固态继电器无机械触点、无电弧、无噪声、响应速度快、可靠性高、工作寿命长和耐恶劣环境等特点,还集成了微处理器和总线通讯等电路功能模块,能够实现总线通讯、智能保护等智能功能;随着半导体功率器件技术的进步,固态功率控制器在军用设备中的应用越来越广泛。本文所研究的基于IGBT的直流固态功率控制器,具有传统固态功率控制器的通断功能和保护功能。由于功率输出半导体器件采用IGBT,因此短路保护能力比采用MOS管的固态功率控制器大幅提高。首先对功率控制器的核心功率控制器件IGBT的构造与特征、主要工作特性与功率MOS管的技术参数对比,并分析了驱动与保护技术、并联使用技术,为固态功率控制器产品设计奠定基础。然后设计了固态功率控制器产品的硬件电路,包括电源电路、驱动与保护电路、主控电路、功率输出电路、通讯和接口电路;同时完成了固态功率控制器的软件设计,包括固态功率控制器产品嵌入式软件设计和上位机控制、调试软件设计。最后对固态功率控制器产品的可靠性进行了分析,包括产品采用的可靠性设计原则、产品发热功耗理论计算、热仿真、可靠性模型建立和可靠性预计。装配和生产了固态功率控制器产品原理样机,并根据设计技术指标要求进行了环境试验和电性能测试,试验和测试结果表明产品技术指标满足设计要求。该型固态功率控制器的研制成功,解决了传统固态功率控制器大电流短路保护的技术难题,成功配套于海军某型重点装备。


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