一种基于Pspice的IGBT模型

功率器件在开关过程中的电压尖峰、电流尖峰及开通时间、关断时间等问题是评估一款器件乃至电力系统装置可靠性的重要因素。文中从动态特性出发,研究了一种基于Pspice的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模型。以Trench-FS(Field-stop)型IGBT晶体管KWBW25N120S1E2为例,根据该器件的结构和工艺参数,得到了Pspice模型参数。双脉冲测试仿真结果表明,得到的该器件开通延时、上升和关断时间以及关断延时等动态参数与实测数据基本一致。最后,给出了该模型应用到实际焊机仿真结果与实测的比较,进一步验证了模型的合理性与可靠性。     

浮空p柱结构的超结IGBT器件的设计

针对传统结构超结IGBT器件在大电流应用时的电导调制效应较弱,削弱了IGBT器件低饱和导通压降优点的问题,设计了p柱浮空的超结IGBT器件(FP-SJ-IGBT)。采用深槽刻蚀和回填工艺制备了p柱和p体区分离的超结IGBT器件。测试结果表明,该器件击穿电压高于660 V,在导通电流20 A时,其饱和导通压降为1.7 V,相比于传统超结IGBT器件更低,关断能量为0.23 mJ,远低于传统超结IGBT器件的3.3 mJ,较低的导通压降和关断能量使得FP-SJ-IGBT器件的电流密度可达449 A/cm²。此外,在400 V直流母线电压下,FP-SJ-IGBT器件具有不低于10μs的短路时间。     

基于高压大电流模块应用的3300V软穿通快速IGBT的设计

设计了3 300V/50A的软穿通型IGBT芯片(SPT IGBT),利用数值仿真软件MEDICI对其各项特性进行了仿真研究,包括静态特性、开关特性、动态雪崩特性、短路特性、电容特性和闩锁特性,在满足设计需求的同时重点进行动态失效特性仿真,验证了该器件的可靠性。仿真结果显示,器件的额定工作电流为50A、正向阻断电压为4 178.8V、阈值电压VTH为7.8V、导通压降为2.67V、短路电流为857A、工作电流为100A时的雪崩耐量为1.755J。利用局域载流子寿命控制的方法对器件进行优化后,器件的正向阻断电压仍为4 178.8V,导通压降为4.13V,没有明显的改变,关断时间由6 725.75ns降低到了1 006.49ns,关断速度提高了568%,大大提高了器件的性能,降低了损耗。     

高效率单相全桥零电流开关谐振极逆变器

为改善单相全桥逆变器的效率,提出了一种新型高效率单相全桥零电流开关谐振极逆变器拓扑结构.在桥臂上的辅助谐振电路参与换流的过程中,逆变器的开关器件可实现零电流软关断.当开关器件为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)时,IGBT实现零电流软关断可使其拖尾电流导致...     

一种新型零电流PWM Buck开关电路的设计

提出一种新型零电流开关PWM Buck电路,对其拓扑结构和工作原理进行了详细分析,仿真结果证明该电路中所有的开关管和二极管均能在软开关条件下完成导通和关断,且具有很小的电流应力,能有效解决IGBT关断时存在的"拖尾电流"问题.     

Boost ZCT-PWM变换器的改进及仿真分析

针对传统的Boost ZCT-PWM变换器中存在的主开关管硬开通和辅助开关管硬关断的问题,提出一种改进型的Boost ZCT-PWM变换器,使主开关管零电流开通,辅助开关管零电流通断,并且特别适用于IGBT作为开关器件的高电压、大功率应用场合。分析电路的工作原理并用PSpice仿真软件进行仿真研究。仿真结果表明所有开关器件实现了软开关,变换器的效率得到提高。     

一种开关电容带隙基准电压源

设计了一款高精度、低线性调整率的开关电容带隙基准电压源。分析了NMOS开关高温漏电流对基准输出电压精度的影响,提出了一种高温漏电补偿电路。偏置电路采用多个共源共栅结构的电流镜,增大了从电源到输出的阻抗,降低了基准电压的线性调整率。利用虚拟管抵消了开关关断时带来的沟道电荷注入效应和时钟馈通效应,提高了基准输出电压的精度。该电路基于0.35μm CMOS工艺设计,仿真结果表明,基准源能稳定输出1.1 V电压,建立时间为5.9μs;在-55～125℃,温度系数为1.38×10^-5/℃;27℃下,在2.7～5 V电源电压范围内,线性调整率为0.9 mV/V;电路总静态电流为35.1μA。     

三电平逆变器零电流关断技术的研究

本文提出了在多电平逆变器中实现零电流开关的新方案，在不需要承受高电压电流应力的情况下，实现主开关和辅助开关的零电流关断，提高了多电平逆变器开关的可靠性，针对以IGBT为开关元件的三电平二极管钳位逆变器零电流关断电路，详细分析了软开关的工作过程。并用PSPICE电路仿真软件对三电平逆变器零电流开关进行了仿真研究，验证了该方案的可行性。     

新型零电压零电流软开关逆变器的仿真研究

提出一种新型的零电压零电流谐振极型软开关逆变器,可以在主功率器件开通和关断时,同时实现零电压和零电流,因此对于内部电容不能忽略的器件,可减小容性开通损耗,当IGBT作为主功率器件时,也可减小拖尾电流引起的损耗。主功率器件真正做到了无损耗换相。此外,续流二极管的反向恢复损耗被降低到最小,辅助开关也实现了零电流开关。对其工作原理进行分析,给出不同工作模式下的等效电路图。通过仿真结果验证该软开关逆变器的有效性。     

MPS二极管的少子特性仿真

混合pin/肖特基(MPS)二极管是广泛应用于电子电路中的快恢复功率器件,具有高击穿电压、快速开关和正向电流大等特性。对MPS二极管漂移区的少数载流子的特性进行了仿真分析。仿真结果表明,MPS二极管的p^+区向漂移区注入的少数载流子浓度随外加正向电压和pn结面积占元胞总面积比例的增大而增大。虽然漂移区的少数载流子改变了MPS二极管的工作模式,增大了电流,但是存储在漂移区的少数载流子增大了反向峰值电流和恢复时间,进而增大了功耗并降低了关断速度。折中考虑正向电流和反向恢复特性,可获得具有正向电流大、反向峰值电流小和反向恢复时间短的MPS二极管。     

基于大功率逆变器IGBT开关瞬态电压、电流波形的杂散参数抽取方法

由于线路杂散电感的存在,IGBT（insulated gate bipolar transistor）开通关断时将在开关管两端产生电压尖峰。为了研究其的影响,需要对线路杂散电感进行抽取。为此,本文提出一种基于IGBT开关瞬态电压、电流波形的杂散参数抽取方法。在IGBT的开通过程中,考虑了IGBT反并联二极管的反向恢复过程,井且利刖加该过程引起电压尖峰进行线路的杂散电感的抽取;在IGBT的关断过程中,通过对关断波形进行了更详细的分析,给出更精确的线路杂散电感的抽取方法。最后,将该方法应用于一台75kVA的单相逆变器;实验结果证明了本方法的有效性与正确性。     

MOS门控制发射极开关晶闸管

一种新型的、可使晶闸管获得MOS门控制关断的单片结构器件——发射极开关晶闸管(EST)该器件是为了在导通状态时,使晶闸管电流流过晶闸管基区的放大器型MOS—FET。虽然这将造成正向电压降有小的上升(0.25V),但已验证:能够获得优异的关闭性能及小于1μs的特定关断时间。以MOS门控制为基础,具有先进特性的新电力半导体器件在多种应用中都有重要意义。对于高压系统,IGBT与功率MOSFET     

可驱动大功率IGBT的高尖峰电流栅极驱动光电耦合器

对电机驱动、不间断系统、开关电源、高强度灯管镇流器和感应加热等电压转换应用,绝缘栅双极晶体管(IGBT)的栅极必须以稳定的开关驱动电压推动,并需要相对较高的电流水平,以便在导通和关断状态间快速切换,这个高电流主要用来进行栅源极以及栅漏极电容的快速充放电。     

一种Boost软开关变换器的改进方法

为了减小Boost软开关变换器高频工作状态下开关管的功率损耗,文中提出了一种改进调制策略,传统调制策略下主开关管只能实现零电流开通,通过改变主开关管的开通时刻和辅助开关管的关断时刻可实现主开关管零电压零电流开通,辅助开关管可提前实现零电压零电流关断,提高了电路工作效率。仿真波形中观察到改进调制策略下主开关管实现了零电压零电流开通,辅助开关管提前实现了零电压零电流关断。     

带软关断和欠压保护的IGBT去饱和过流检测电路

基于0.4 μm标准BCD工艺,设计了一种带有软关断和欠压保护的IGBT去饱和过流检测电路(DESAT)。采用Cadence软件设计并搭建电路,在Hspice软件中进行仿真调试。结果表明,在开始一段时间,欠压锁定电路(UVLO)输出低电平,强制使器件处于关断状态;当UVLO输出高电平之后,DESAT被激活并开始检测集电极电压,一旦检测到集电极电压超过预设6.5 V阈值电压,便对器件执行软关断动作,软关断的持续时间为10 μs。该检测电路实现了UVLO和DESAT对IGBT的协同保护。     

基于有源箝位的IGBT过电压抑制技术

在介绍绝缘门极双极性晶体管(IGBT)在关断过程中产生过电压原理基础上,分析了传统的过电压抑制方法存在的问题,给出了一种基于有源箝位的IGBT过电压抑制策略。所给出的有源箝位电路由瞬态电压抑制器(TVS)构成,位于IGBT的集电极与门极之间。基于Saber的仿真结果证实了该策略可将IGBT关断时的过电压箝位在瞬态电压抑制器的设定值,能有效地减小IGBT关断时产生的过电压。     

一种最小电压应力的软开关无桥PFC技术研究

针对传统桥式整流升压功率因数校正(PFC)电路效率较低的缺点,提出了一种最小电压应力的软开关无桥PFC电路拓扑.在理论分析和仿真验证的基础上,研制了一台300 W的实验样机.结果表明,改进的无桥PFC电路拓扑具有通态损耗低、电流采样简单,能实现开关管零电压关断和零电流开通,同时实现整流二极管零电压导通和接近零电流软关断...     

节能型三相桥式零电流开关整流器

为使三相桥式整流器实现节能运行,提出了一种节能型三相桥式零电流开关整流器拓扑结构,在各相桥臂上的辅助谐振电路处于工作状态时,整流器的开关器件能完成零电流软关断.三相桥式整流器通常以绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）作为开关器件,实现零电流软关断能消除IGBT拖尾电流产生的关断损耗.分析了电路工作过程,在三相3kW样机上的实验结果表明开关器件实现了零电流软切换.因此,该拓扑结构可实现以IGBT作为开关器件的三相桥式整流器的节能运行.     

Si/SiC混合开关最优门极延时及其在逆变器中的应用

由大电流硅绝缘栅双极型晶体管（Silicon Insulated-Gate Bipolar Transistor,Si IGBT）和小电流碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Silicon Carbon Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,SiC MOSFET）并联构成的Si/SiC混合开关具有低成本、高效率的特点. Si/SiC混合开关门极关断延时的控制是提高混合开关效率的关键因素.本文首先研究了在不同工作电流下Si/SiC混合开关关断损耗随门极关断延时的变化,结果表明,Si/SiC混合开关有一个最优的关断延时,此时混合开关的关断损耗最低,并且最优门极关断延时随混合开关工作电流的增大而减小.将所得到的Si/SiC混合开关最优门极关断延时应用在单相全桥逆变器中,实验结果表明,逆变器的转换效率比同等条件下固定关断延时的最高转换效率提高了0.67%.     

一种新型软开关Boost变换器

针对典型的ZCT-PWM boost电路只能实现主开关零电流关断,不能实现软开启,而辅助开关只能实现零电流开启,不能实现软关断的问题。文章提出了一种新型ZCT-PWM Boost变换器的拓扑结构和控制方法,实现了主开关零电流开启及零电压关断,辅助开关零电流开启和零电压且零电流关断,从而大大降低了开关损耗,提高了变换器的效率。利用计算机仿真证明了电路的可行性及优越性。