感性负载条件下IGBT开通过程分析

针对IGBT的开通过程中,研究了感性负载条件下IGBT的开通过程中栅极电压、集电极电流、集射极电压随时间变化的特点及其相互关系。详细阐述了栅极电容随栅极电压变化的机理以及栅极平台电压产生的机理,分析了驱动电阻对栅极电压的影响。根据IGBT开通电流特点,提出用二次函数来拟合IGBT开通时的集电极电流波形,同时还分析了主回路杂散电感对开通波形的影响。搭建了IGBT动态开关特性测试平台,测量结果验证了本文分析的正确性。     

压接型IGBT器件单芯片子模组可靠性寿命仿真研究

随着柔性直流输电和电力机车等大功率领域的发展,压接型IGBT器件因其功率等级高、易于串联、双面散热和失效短路的优点,已逐步替代传统的焊接式IGBT模块。压接型IGBT器件各部件之间通过压力进行固定连接,在工作过程中各部件间会产生巨大的循环热应力,各部件在长时间循环热应力的作用下会出现金属疲劳,从而对于压接型IGBT器件的使用寿命产生影响。基于有限元法建立了压接型IGBT器件单芯片子模组的仿真模型,通过设置芯片表面的接触热阻和摩擦系数,对于各部件金属疲劳过程进行仿真模拟,利用金属疲劳寿命预测模型对压接型IGBT器件单芯片子模组的可靠性寿命进行了预测,得到了不同压力下压接型IGBT器件单芯片子模组的可靠性寿命。仿真结果表明,压接型IGBT器件单芯片子模组的可靠性寿命与压力的关系近似为高斯分布,这对于压接型IGBT器件的使用以及后续的研究具有指导性意义。     

基于开通波形的IGBT开关特性测试平台寄生电感提取方法

IGBT动态测试平台的寄生电感影响IGBT器件的开关参数以及开关损耗,因此,提取动态测试平台回路的寄生电感对于准确获得IGBT器件的开关参数具有重要意义。传统的寄生电感提取方法忽略了回路寄生电阻的影响,给寄生电感的提取带来误差。为了提高寄生电感提取的准确性,提出了采用IGBT开通波形来计算动态特性测试平台寄生电感的方法,通过对开通电流上升过程的分析,建立了包含回路寄生电阻的等效电路模型及电路方程。仿真结果表明该方法的计算误差低于传统计算方法。为验证该方法的正确性,搭建了IGBT动态特性测试平台,实验结果表明,该方法实现了寄生电感参数的提取,为提供准确的IGBT器件开关参数奠定了基础。     

高压IGBT芯片换流运行的热稳定性分析北大核心

为保证高压绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)器件换流运行时的热稳定性,需要根据IGBT芯片的电热特性和器件的散热设计,确定芯片运行的热稳定工作区,从而指导器件的运行条件控制。虽然针对芯片动静态损耗的热稳定性分析已经发展了许多年,但目前针对高压芯片的相关研究还较少。首先,通过实验测量了3.3 kV非穿通(Non-Punch Through,NPT)型和场截止(Field Stop,FS)型IGBT芯片的动静态特性,获得并分析了温度、电流及电压对动静态损耗特性的影响规律。在此基础上,给出了IGBT芯片的损耗拟合公式,通过对器件内部的热反馈过程进行分析,提出了具有解析形式且包含占空比、换流频率及电压电流等器件运行工况的IGBT芯片的热稳定性判据。根据所提的判据,分析了高压NPT型和FS型IGBT芯片的换流运行的热稳定性,可方便确定IGBT芯片在不同的换流条件下的最大工作频率和最大工作电流,简化了高压IGBT芯片的热稳定性分析,并可为高压器件的选型和损耗评估提供依据。     

基于Simplorer驱动电阻对IGBT特性影响研究

驱动电阻对IGBT特性有直接关系,针对大多数仿真软件对IGBT模型的建立不够准确,采用Ansys公司的Simplorer对IGBT进行参数化建模,并用双脉冲测试方法来对IGBT搭建外围电路。重点分析栅极驱动电阻对IGBT的电压变化率和通断延时的关系,分析表明驱动电阻与IGBT电压变化率和开通延时时间的关系成线性关系。对驱动电阻阻值不同的驱动电路对IGBT进行仿真,仿真结果符合理论推导。因此,选择大小恰当的驱动电阻对IGBT使用具有一定工程意义。     

共栅共源结构GaN HEMT开关模型

为了计算共栅共源结构高压氮化镓(GaN)器件开关损耗,提出一种共栅共源结构GaN器件开关过程及损耗模型.通过考虑共栅共源结构中印制电路板(PCB)和引线寄生电感以及器件结电容,得出共栅共源结构GaN器件的等效电路模型,进而得到测试开关特性的双脉冲等效电路.按时间顺序将开通过程分为5个阶段,将关断过程分为4个阶段,对双脉冲等效电路进行分析和简化,并计算得出各个阶段中共栅共源结构GaN器件电压电流时域表达式,从而得到开关过程波形及损耗.在不同驱动电阻和开关电流下进行双脉冲实验,模型与实验的开关波形及损耗较吻合,表明所提出模型较准确.     

共栅共源结构GaN HEMT开关模型

为了计算共栅共源结构高压氮化镓(GaN)器件开关损耗,提出一种共栅共源结构GaN器件开关过程及损耗模型.通过考虑共栅共源结构中PCB和引线寄生电感以及器件结电容,得出共栅共源结构GaN器件的等效电路模型,进而得到测试开关特性的双脉冲等效电路.按时间顺序将开通过程分为5个阶段,关断过程分为4个阶段对双脉冲等效电路进行分析和简化,并计算得出各个阶段中共栅共源结构GaN器件电压电流时域表达式,从而得到开关过程波形及损耗.在不同驱动电阻和开关电流下进行双脉冲实验,模型与实验的开通、关断过程波形及损耗较吻合,表明所提出模型较准确.     

反激式微弧氧化电源电流脉冲及其能量控制

为了有效控制脉冲能量,提出了一种多电流脉冲单元并联的反激变换微弧氧化功率电源方案.简要分析了微弧氧化电源的负载特性,建立了在微弧氧化负载条件下,耦合电感原副边进行能量交换时的等效电路模型,结合模型分析了能量交换过程对电流脉冲波形和脉冲能量的影响,并进行了仿真和实验研究.结果表明,电流脉冲波形主要受微弧氧化负载参数、负载...     

一种低损耗电磁炉的设计方案

完成了一套较为完善的电磁炉设计方案:采用89S52单片机作为控制核心;由独立芯片SG3525搭制成PWM模块;选用水泥电阻作为采样器件、脉冲变压器KMB419/211作为电隔离器件组成负载电流采样模块;试验中采用LCD做关键数据的显示.通过理论分析和实际试验,这一设计能够完成电磁炉的基本功能,且减小了逆变电路的损耗,提高了加热效率,实现了高性价比.     

绝缘栅双极型晶体管IGBT

八十年代发展起来的新型复合器件——绝缘栅双极型晶体管IGBT,采用了双导电机制;它的输入级为一种利用MOS栅控的场效应晶体管,具有MOSFET的高输入阻抗和电压控制的特性;输出级为双极型功率晶体管GTR,具有输出阻抗低和电流密度大的特点,而且它的开关速度又远远高于GTR。共等效电路图如图一所示,因此这种器件可以用逻辑电平信号直接驱动控制较大的功率。具有电压型控制的特点:输入阻抗高、需要的驱动功率小,控制电路简单、导通热胆小饱和压降小、开关损耗低、通断速度快工作频率高、电流容量大耐电流冲击范围宽等诸多的优点。由于IGBT集中了MOSFET与GTR的优点于一体,而扬弃了它们的缺点,故而发展迅速,正日益广泛运用于变换器、逆变器、开关电源等回路中。IGBT取代功率双极型晶体管和功率场效应晶体管已是发展的必然趋势。     

电机驱动IC芯片中功率输出管的版图设计

电机是车辆系统智能化的重要组成部分.由于电机感性负载的特性,在开、关和换向工作瞬间会产生能量极高的脉冲.因此在它的驱动芯片版图设计中,传统的大功率输出管的设计并不能解决电机固有特性所带来的瞬间高压和大电流所造成的影响.通过分析传统大功率管版图设计的特点,结合分析双极型工艺条件下晶体管寄生参量产生的原因,设计了一个适用于汽车环境下工作的驱动电机功率驱动芯片中大功率输出管的版图.     

基于电容分段反馈的绝缘栅双极型晶体管门极驱动

将绝缘栅双极型晶体管(IGBT)关断过程分解为多个阶段,对IGBT关断过程中电压上升和电流下降采取分阶段电容耦合反馈从而独立控制dv/dt和di/dt,实现电磁辐射和关断电压反峰的双重约束。基于Pspiece模型仿真出不同反馈电容及门极电阻下的开关损耗和关断电压反峰,绘制出了相互之间的关系曲线,同时提出了一套优化系统参数的计算方法。选取英飞凌FS400R07A1E3_H5型IGBT模块,设计出了具备电容反馈的驱动电路,实验结果表明:在通过IGBT电流为400A的情况下,采取电容反馈的驱动电路将反峰电压降低80V左右,模块温升有所降低,验证了本文方法的正确性。     

不同调制波下的双变量交交变频特性研究

以往仅在单一调制波下对双变量交交变频进行研究,缺乏相应的比较分析。在Matlab/Simulink中建模仿真,并在以STM32F103ZE为控制芯片的交交变频实验平台上进行实验,得到不同调制波参与的变频实验结果。通过分析不同调制波下电流波形、系统谐波以及变频调速时电机机械特性变化,发现随着频率降低,三角波作为调制波的输出电流波形较好,而矩形波与之相反。同时,矩形波作为调制波时,电机的机械特性硬度大,最大转矩和输出功率大。这为交交变频调速在不同频率和不同负载时选择不同的调制波提供参考。     

考虑接触界面全接触的压接型IGBT器件功率循环寿命预测

柔性直流输电技术的飞速发展，对换流阀用压接型IGBT器件的可靠性要求进一步提高。目前针对压接IGBT可靠性寿命模型的研究存在不足，一方面，大多数模型对接触问题考虑不全面，物理模型为焊接形式或不能滑动的联合体，不符合实际物理机理，因此可靠性模型不能全面真实反映实际情况。另一方面，解析寿命模型的拟合方法，无法单一控制变量完全解耦，单变量拟合曲线并不能准确反应变量与可靠性寿命的关系。建立了考虑全部接触问题的功率循环计算模型，针对压接型器件的封装特点引入压力作为新变量，提出一种采用改进多元线性回归拟合方法的多变量寿命模型，该分析方法可应用于压接型IGBT在功率循环下的可靠性评估。通过有限元计算结果验证，多变量寿命模型相比单变量拟合更加准确。     

基于24V电源测试大功率IGBT模块的方法与分析

针对现行大功率IGBT器件测试方法总是基于高压大电流的危险测试环境及较高的费用和要求操作人员较高的技术水平等不足,设计提出一种简单、适用、安全、高效的大功率IGBT模块驱动测试方法,该方法基于24 V电源测试大功率器件,通过向IGBT发送2.5 k Hz、5 k Hz的PWM脉冲测试IPM(智能功率半导体)的耗散电流来确定IGBT是否完好。详细介绍了这种测试仪的总体设计方案、关键功能设计和电路原理解析。开发的新产品具有实际应用价值和广阔的市场前景。     

静电放电应力下深亚微米栅接地NMOSFET源端热击穿机理

基干静电敲电应力下对深亚微米硅化物工艺栅接地NMOSFET的研究，考虑了源／漏寄生串连电阻的影响，建立了源／漏接触区的电流集中模型．由模型分析表明，不同的温度和掺杂条件下，源／漏寄生串连电阻会引起器件源／漏接触前端边缘附近产生不同程度的电流集中．在器件源端产生新的热点．影响了源／满端的击穿特性．很好地解释了栅接地NMOSFET的源端热击穿机理．     

不同栅压下NMOS器件的静电防护性能

针对金属硅化物亚微米工艺,研究当静电自保护输出驱动中NMOS器件的栅极处于不确定电压时的静电防护能力.在0.35μmCMOS工艺下,设计不同尺寸的NMOS静电防护器件,采用传输线脉冲(TLP)测试系统测量NMOS器件在不同栅压下的电流-电压曲线.借助半导体器件仿真软件ISE-TCAD对器件进行瞬态仿真,得出在不同栅压下的电场强度分布.分析表明,栅压使得电流更趋于表面流动而降低NMOS静电防护器件的二次击穿电流.在设计回跳型栅极耦合NMOS静电防护器件时,辅助触发电路的RC时间常数应该控制在50ns左右.     

600 A IGBT开关电路及其散热系统设计

采用IGBT开关电路，对大功率电阻带进行直流脉宽调制控制，实现了内燃机车大功率直流发电机负载实验中的负载大小的连续调节。为了避免在实验过程中IGBT器件的温度过高，采用独特的双管IGBT结构和双向强迫风冷的散热系统。实验表明该电路运行稳定、可靠。     

基于步进电机细分控制的云台控制系统设计

采用双极性电流驱动法并查询32细分步表使ARM控制器LPC2123产生波形电流,经D/A转换芯片TLC7255转换成对应的控制电压,通过驱动芯片L6219模拟出正弦波形驱动电流驱动两相步进电机,实现云台在水平和垂直方向上的精确平稳旋转.     

IGBT的ZVC/ZCC驱动模式

对IGBT的工作特性及存在的问题进行了深入探讨,详细介绍了用于提高大功率IGBT电桥的开关效率和安全性的ZVC/ZCC驱动模式。该模式利用IGBT的反向雪崩特性和电荷转移法实现IGBT的零电压切换和零电流切换,从而有效地抑制了器件内部的电流拖尾和自琐效应,大大地减小了开关损耗,提高了功率IGBT的工作效率和安全性。