封装寄生参数对并联IGBT芯片瞬态电流分布的影响规律

大功率IGBT器件通过并联多个IGBT芯片来获得大电流等级,并联芯片动静态电流分布的一致性对于提高器件电流等级以及可靠性至关重要。首先介绍了大功率IGBT模块内部布局不一致导致的封装寄生参数差异性。其次,结合IGBT等效电路模型及其开关特性,分析了寄生参数差异性对于并联IGBT芯片瞬态电流分布特性的影响规律。最后,建立了并联IGBT芯片的等效电路模型,并应用Synopsys Saber软件建立了仿真电路,从封装寄生电感参数差异性、封装寄生电阻参数差异性,分析了参数差异对并联芯片的瞬态电流分布特性的影响。     

多芯并联封装IGBT缺陷与失效先导判据

器件由于内部芯片失效而产生IGBT故障,且检测保护困难,大多只能在系统外特性上加以防护,本体还是会受较大损害。高压大功率IGBT模块内部由多芯片和大量键合线构成,器件功能失效很大部分是由铝键合线脱落或者断裂引起的。提早发现或辨知此类缺陷或失效导致的电气特性变化,是构建IGBT故障的先导判据条件,有利于规避潜在故障风险,提高IGBT利用可靠性。针对英飞凌6.5kV多芯片并联封装IGBT模块的布局结构和连接特点,分析连接寄生参数差异对芯片工作状态的影响。以模块内部芯片间键合线的杂散电感和栅极电容参数为研究对象,利用最小二乘法参数辨识机制,构建一种区分模块缺陷与失效的先导判据。研究IGBT模块和元胞栅极等效电路,分析键合线故障导致的电路参数和工作特性变化,通过采样栅极电压与电流数据,利用最小二乘法参数估计得到故障类型及杂散参数数值,通过仿真与实验验证了该方法的有效性。     

计及杂散电感的多芯片IGBT模块损耗计算

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块封装杂散参数影响内部多芯片并联电流和损耗分布的问题,提出计及杂散电感影响的IGBT模块内部开关损耗计算方法。首先,基于功率模块内部封装结构建立了计及封装杂散电感影响的IGBT等效电路模型,理论推导和分析封装杂散电感对IGBT动态特性的影响。其次,基于开通折线模型中并联芯片间电流变化率与损耗分布对应关系,理论推导了杂散电感分布参数与各支路开通损耗所占比例之间的函数关系,提出计及杂散电感影响的IGBT模块内部开关损耗计算方法。最后,仿真并实验验证了开通过程中IGBT模块内部电流分布规律,测得在不同负载条件下IGBT模块下桥臂各支路损耗并与理论计算结果进行了比较,验证了所提损耗计算方法的有效性。结果表明,IGBT模块下桥臂各并联芯片开通过程中存在明显不均流现象,导致损耗分布存在差异。     

基于杂散电感的IGBT开关特性优化方法研究

针对大功率变流器中绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关特性中由杂散电感引起的关断电压尖峰问题,首先利用Simplorer软件对应用中的IGBT模块进行建模,搭建单桥臂仿真电路,通过对比在不同杂散电感下IGBT开通关断瞬时的电压与电流波形,对这一问题进行分析与研究,然后提出一种直流侧与电容组两端布局的优化方法,降低了线路杂散电感的总量,使IGBT关断特性中的电压尖峰得到了有效抑制,同时缩短了IGBT的开关时间。最后通过一套功率为1.3 MVA的三相两电平逆变器进行实验,实验与仿真结果的对比证明了该优化方法的有效性。     

电机驱动系统的电磁干扰抑制方法研究

电机驱动系统中大功率开关器件在关断过程产生严重的电磁干扰问题,对其抑制方法的研究成为热点。分析IGBT控制原理及电压波形,利用Saber软件建立电机驱动系统模型,在传导干扰测试频率范围内,考虑无源器件的寄生参数,仿真传统门极控制、动态电压上升控制以及有源门极控制的直流侧和交流侧共模/差模干扰,通过对比得到有源门极控制下对系统干扰的抑制效果更好,有效降低系统的共模/差模干扰。基于有源门极控制方法,在改变IGBT开关频率的情况下分析干扰波形,对电力电子装置传导电磁干扰的抑制分析具有重要意义。     

Saber仿真模型IGBT1在固态开关设计中的应用

电力电子仿真软件Saber提供了丰富的通用模型和各种具体型号器件的专用模型。介绍了Saber下绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)通用模型中IGBT1模型的等效电路,分析了IGBT1模型的静态和动态工作特性,包括直流传输特性、IGBT并联时的电流分配问题、IGBT导通过程等,并提供了Saber下IGBT1模型与静态、瞬态过程有关的参数取值。当参数取值准确时,其仿真波形能较好地验证IGBT稳态与瞬态的计算结果。最后,介绍了该模型在固态开关设计中的应用。     

IGBT动态测试平台杂散电感提取方法

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)动态测试平台的杂散电感对IGBT器件动态参数测试结果有很大的影响。提出采用积分法计算测试平台回路杂散电感,可以提高计算结果的准确性。首先,分析了IGBT动态测试平台杂散电感分布特点,建立了等效电路模型。其次,分析了IGBT开关瞬态过程中的波形特点以及续流二极管(free-wheeling diode,FWD)反向恢复与正向恢复特性;提出开通波形相对于关断波形更有利于计算杂散电感。最后,建立了仿真电路模型与试验测试平台,仿真分析结果与试验测试结果相吻合,验证了分析的正确性。所提方法为IGBT动态测试平台杂散电感提取提供了一种简便而准确的计算方法。     

压接式IGBT动态测试平台杂散电感的提取（英文）

压接式IGBT器件动态特性测试平台的杂散电感对于开关特性影响很大,准确提取测试回路中的杂散电感对于分析器件的开关特性非常关键。由于换流回路中存在二极管以及电阻,传统的杂散电感提取方法在提取杂散电感的过程中忽略了这些非线性电阻的影响,从而影响了计算结果的准确性。通过假设IGBT关断和下一个开通瞬态过程中,直流母线电压以及负载电流不变,提出同时采用关断和开通瞬态的电流、电压波形来提取杂散电感。这种方法消除了回路中非线性电阻的影响。为了验证这种方法的准确性,用Synopsis Saber软件进行了电路仿真分析;同时,搭建了压接式IGBT动态特性测试平台,在不同电压、电流等级条件下进行了开关特性测试以及杂散电感提取。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性。     

IGBT模块的新型开关模型与损耗分析

为解决绝缘栅双极型晶体管IGBT（insulated gate bipolar transistor）模块开关模型适用性差、拟合度低、开关损耗难以实时连续计算的问题,通过分析IGBT模块开关过程的动、静态特性,着重考虑器件结温和杂散参数等参考量对IGBT开关过程中的瞬时电压、电流波形的影响,基于曲线拟合理论,建立了IGBT模块的开关模型与损耗模型。所建立的开关模型通用性强,适用于相邻开关周期内开关管导通电流不相等的电路;损耗模型精确度高,能够实时累加计算电路的损耗数值。基于Matlab/Simulink环境对开关过程进行仿真并搭建了双重移相DC-DC实验样机进行验证,仿真与实验结果验证了所提出的开关模型及损耗模型的正确性和准确性。     

并联谐振感应加热电源扩容设计与应用*

为提高大功率并联谐振型感应加热电源的稳定性和功率密度,在电源设计中采用了IGBT和逆变桥双重并联的扩容方法,其中双重并联设计的重点是IGBT和逆变桥的均流.在基于IGBT并联模块驱动脉冲一致的情况下,分别建立了IGBT和逆变桥并联电路等效模型,分析了电路杂散参数对均流的影响.利用Simulink仿真验证了杂散参数对IGBT和逆变桥均流的影响.在电源样机中通过对并联IGBT模块驱动脉冲的一致性设计和合理的结构设计,取得了较好的均流效果.     

压接型IGBT器件内部杂散电感差异对瞬态电流分布影响规律研究

压接型IGBT器件内部多颗芯片的并联连接是提高其电流等级的重要手段。然而,IGBT芯片之间的瞬态电流不均衡是限制其电流提升的主要原因之一。研究压接型IGBT器件内部的瞬态电流分布规律对于规模化IGBT并联封装设计具有重要意义。该文首先通过有限元软件提取了压接型IGBT器件内部的栅极、集电极和发射极的杂散电感,得到三个杂散电感随IGBT芯片不同位置的变化规律;其次对三个杂散电感差异下的电流分布进行了理论分析,发现电流分布主要受到功率回路和驱动回路的公共支路上杂散电感的影响;同时分别对开通和关断过程中IGBT芯片内部的载流子变化过程进行分析,发现发射极杂散电感差异主要影响开通过程的电流不均衡;然后针对三个杂散电感差异分别进行电路仿真,得到杂散电感差异对电流分布的影响规律,仿真结果验证了理论分析的有效性;最后建立了两芯片的并联均流双脉冲实验平台,平台能够调节两支路之间的杂散电感差异,实验结果进一步验证了该文理论分析的有效性。     

IGBT模块的杂散参数计算与封装设计研究

绝缘栅型双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块由于线路杂散电感的存在使得在开通和关断的瞬态过程中产生过大的电压尖峰,过压会使IGBT芯片的集电极电流增大从而导致结温上升,且其是导致IGBT模块失效的一个重要因素,通过有限元仿真软件Ansoft Q3D Extractor对键合线结构IGBT模块的杂散参数进行计算并对其封装结构进行优化,设计可有效降低IGBT模块杂散参数的平板封装结构,结果显示平板封装IGBT模块的主回路杂散电感为11.365 n H,电阻为0.409 m?,与键合线结构IGBT模块相比,杂散电感降低55.1%,电阻降低13.2%。     

基于IGBT开关过程的变流器杂散电感分析方法

在IGBT关断的瞬态过程中,变流器杂散电感会使IGBT的集、射极之间产生较高的电压尖峰,从而造成较大的电磁干扰,甚至导致IGBT损坏。若能测量变流器杂散电感,则可在一定程度上预估该电压尖峰,并设计适当的缓冲电路。本文分析了IGBT开通和关断瞬态过程中各阶段的电压和电流,提出了一种优化的基于IGBT开关过程的大功率变流器杂散参数分析方法。通过双脉冲测试方法对西门康功率器件SKM400GAL176D的开关过程进行测试,获取其开通和关断瞬态过程曲线,利用前述方法计算出母排杂散电感。将计算结果与仿真软件提取结果、E4980A阻抗分析仪测试结果进行对比,验证了该方法的准确性与实用性。     

采用Saber模型研究IGBT工作极限特性

研究了绝缘门双极晶体管 (IGBT)的结温及工作电流对其开关波形的影响 ,并应用IGBT关断时集电极电流、集电极与源极电压变化对应于结温和工作电流变化的关系 ,与实验结果进行了比较 ,提出了一种验证通用仿真软件中所给专用模型有效性的途径。以功能强大的Saber软件为例 ,应用Saber模型 ,讨论了IGBT的工作极限特性 ,并且探讨了Saber中IGBT专用模型可改进的方面。     

一种中电压大功率IGBT模块行为模型

目前已有场终止型绝缘栅双极性晶体管(IGBT)行为模型以及仿真软件中的IGBT模型未专门针对中电压大功率IGBT模块搭建,不能准确模拟其区别于中小功率IGBT的行为特性。在已有行为模型基础上,提出引入IGBT基区存储电荷造成的等效电容及模块封装键合丝带来的寄生电感,考虑反并联PIN二极管行为模型,从而有针对性地实现了完整中电压大功率IGBT模块行为模型。同时提出了新的米勒电容函数拟合方法,量化分析行为模型完整开关过程中典型行为与模型参数的关系,通过较简便的方法实现了模型参数的提取。最后在Pspice环境下实现了一种3.3k V/1.5k A等级IGBT行为模型,并通过在Buck电路下仿真与实验波形对比证明了该行为模型的可行性和有效性。     

压接式IGBT模块的动态特性测试平台设计及杂散参数提取

压接式IGBT模块具有散热性能好、杂散电感小、短路失效直通等特点,在柔性直流输电等大容量电力电子变换系统中具有极为重要的应用潜能。然而,目前学术界和工业界尚未很好地理解压接式IGBT模块的动态开关特性,严重制约了其推广应用。从压接式IGBT的封装结构和电气特性出发,基于双脉冲测试原理,设计并搭建压接式IGBT模块的动态开关特性测试平台。采用Ansoft Q3D软件对测试平台的杂散参数进行仿真,分析杂散参数的分布特征、影响与提取方法,并通过实验进行验证,揭示叠层母排技术与吸收电容对器件关断电压尖峰的抑制作用,低寄生电感总和验证了平台设计方案的合理性。     

基于IGBT有源门极控制的EMI抑制方法研究

随着大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)广泛应用于电力电子装置,其产生的电磁干扰(EMI)问题成为研究热点。IGBT有源门极控制(ACC),该控制方法在关断瞬间获得不同的反馈增益,进而抑制关断电压尖峰。在此分析电路的工作原理、系统稳定性及门极电压波形,利用Saber仿真软件建立IGBT串联电路模型,在传导干扰测试频率范围内,考虑寄生参数的情况下,仿真了IGBT在传统门极控制和AGC下的共模/差模(CM/DM)干扰。搭建实验平台,通过测试得到AGC下对系统产生的EMI抑制效果更好,对电力电子装置传导EMI的抑制分析具有重要意义。     

三相IGBT逆变器中的尖峰电压分析

母线排的杂散电感和开关过程中较大的di/dt会在IGBT上引起很高的尖峰电压,从而增加了逆变器的开关损耗,降低了可靠性。提出针对三相IGBT逆变器中尖峰电压的分析方法。首先利用有限元法对三相IGBT逆变器中两种不同类型母线排建模,分析提取母线排的杂散参数,接着在PSpice中建立逆变器各部分等效电路模型,利用该模型对IGBT逆变器中的尖峰电压进行仿真分析。实验研究表明,在不同负载电流下,仿真和实测尖峰电压在峰值和波形上都具有良好的符合度,表明该方法能够较准确地分析和预测逆变器中的尖峰电压。     

层叠母排并联支路杂散电感建模及测量方法

建立精确母排的杂散电感模型是准确分析绝缘栅双极型晶体管(IGBT)可靠性的关键问题之一。大功率IGBT模块通常存在2~3个功率端子,端子之间的均流特性与母排所在支路的杂散电感相关。以一台三相两电平车载逆变器叠层母排作为研究对象,建立了母排并联支路的局部自感和互感模型,并对模型进行简化。借助Q3D仿真工具,对母排并联支路局部杂散电感进行提取,验证了模型简化方法的准确性。同时提出一种高精度的母排局部杂散电感测量方法,验证了杂散电感仿真结果的正确性。     

基于Ansys的大功率IGBT模块内部传热研究

采用Ansys软件对大功率IGBT模块内部的传热机理进行分析研究,观察其对应不同功率等级下的IGBT内部传热情况,最后通过IGBT芯片到铜基板底面的不同温度来计算芯片的结壳热阻.对IGBT模块的热性能进行预评估,以便更好地为设计人员提供设计方案的依据.而且以搭建的实验平台为基础,测得一系列实验数据,并与仿真模型的结果进...