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.     

具有最小导通损耗的新型零流PWM开关单元

本文推荐了一种新型零流开关（ZCS）脉宽调制（PWM）开关单元，其主开关没有任何附加导通损耗，在这种开关单元内，主开关和辅助开关都在零流状态下开通和关断，且其二极管进行软换向，减少了反向恢复时间，软开关的谐振电流不经过主开关，所以主开关的导通损耗和电流的应力也减至最小，基于上述的ZCS PWM开关单元，我们设计出一种新型的DC-DCPWM变换器系列，这种新系列适合于使用绝缘栅双极型（IGBT）晶体管的高功率应用。在DC-DCPWM变换器系列中，我们对升压变换顺进行了实例分析。并根据这个实例说明了设计方案，该设计方案通过工作在40kHz频率下的2.5kw样板升压变换器的实验结果已得到证明。     

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。     

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。     

1200V和1700V新型IGBT模块沟槽及电场截止型IGBT低注入续流二极管

介绍了最近开发的1200V和1700VIGBT模块的特性。该模块由沟槽栅极和电场截止结构的新型IGBT器件组装而成。由于采用了先进的封装技术，这种新型IGBT模块导致了更高的功率集成。进而，总功率损耗比常规IGBT模块的约减少了25％。     

利用电阻场板提高SOI-LIGBT的性能

通过在SOI-LIGBT中引入电阻场板和一个p-MOSFET结构,IGBT的性能得以大幅提高.p-MOSFET的栅信号由电阻场板分压得到.在IGBT关断过程中,p-MOSFET将被开启,作为阳极短路结构起作用,从而使漂移区的过剩载流子迅速消失,IGBT快速关断.而且由于电场受到电阻场板的影响,使得过剩载流子能沿着一个更宽的通道流过漂移区,几乎消去了普通SOI-LIGBT由于衬偏造成的关断的第二阶段.这两个因素使得新结构的关断时间大大减少.在IGBT的开启状态,由于p-MOSFET不导通,因此器件的开启特性几乎与普通器件一致.模拟结果表明,新结构至少能增加25%的耐压,减少65%的关断时间.     

利用电阻场板提高SOI-LIGBT的性能

通过在SOI-LIGBT中引入电阻场板和一个p-MOSFET结构,IGBT的性能得以大幅提高.p-MOSFET的栅信号由电阻场板分压得到.在IGBT关断过程中,p-MOSFET将被开启,作为阳极短路结构起作用,从而使漂移区的过剩载流子迅速消失,IGBT快速关断.而且由于电场受到电阻场板的影响,使得过剩载流子能沿着一个更宽的通道流过漂移区,几乎消去了普通SOI-LIGBT由于衬偏造成的关断的第二阶段.这两个因素使得新结构的关断时间大大减少.在IGBT的开启状态,由于p-MOSFET不导通,因此器件的开启特性几乎与普通器件一致.模拟结果表明,新结构至少能增加25%的耐压,减少65%的关断时间.     

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...     

利用电阻场板提高SOI-LIGBT的性能

通过在SOI LIGBT中引入电阻场板和一个p MOSFET结构 ,IGBT的性能得以大幅提高 .p MOSFET的栅信号由电阻场板分压得到 .在IGBT关断过程中 ,p MOSFET将被开启 ,作为阳极短路结构起作用 ,从而使漂移区的过剩载流子迅速消失 ,IGBT快速关断 .而且由于电场受到电阻场板的影响 ,使得过剩载流子能沿着一个更宽的通道流过漂移区 ,几乎消去了普通SOI LIGBT由于衬偏造成的关断的第二阶段 .这两个因素使得新结构的关断时间大大减少 .在IGBT的开启状态 ,由于p MOSFET不导通 ,因此器件的开启特性几乎与普通器件一致 .模拟结果表明 ,新结构至少能增加 2 5 %的耐压     

使用反向阻断型IGBT的4kW ZCS DC／DC功率变换器

反向阻断型IGBT（RB-IGBT）是一种具备承受正反向电压能力的新型器件，以它为基础，本文研究了一种4kW，可控相移全桥零电流关断（ZCS）DC/DC功率变换器。本文首先简单介绍了反向阻断型IGBT器件和这种功率变换器的理论分析，如工作阶段分析和零电流关断的条件，随后给出了在4kW变换器样机所得到的实验结果。     

IGBT模块辅助端子的布局和控制

具有扁平外观的SEMiX^TM系列IGBT模块，其辅助端子采用了与其他IGBT模块不同的技术．即辅助端子是通过弹簧接触实现的。本文介绍了SEMiX^TM系列IGBT模块辅助端子布局的设计方法．与焊接引脚相比较，分析了螺旋式弹簧的开关特性，研究了门射极箝位二极管放在IGBT芯片旁不同位置时的影响．讨论了辅助发射极端子位置的变化，验证了这种变化对开关损耗和短路性能的影响。这些结论可用于SEMiX^TM 2和SEMiX^TM 4型IGBT模块，二者外观分别小于和大于SEMiX^TM 3型IGBT模块，但它们都是基于SEMiX技术平台的。     

意法半导体公司的“无拖尾电流”600VIGBT突破功率设计的限制

正2013年12月13日意法半导体公司(ST)推出一种先进的V系列600 V沟栅式场截止型(trench-gate field-stop)IGBT,它具有平顺、无拖尾电流的关机特性,饱和电压更是低达1.8 V,最大工作结温高达175℃,这些优点将有助于开发人员提高系统能效和开关频率,并简化散热设计和电磁干扰(EMI)设计。通过消除IGBT固有的关断拖尾电流特性,ST的新器件提高了开关能效与最大开关频率。新产品的裸片非常薄,这有助于提高开关和散热性能。ST独有的、优化的沟栅式(trench-gate)场截止型(field-stop)工艺降低了热阻,最高结温高达175℃,同时实现     

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。     

一种低功耗4H-SiC IGBT的仿真研究

针对传统沟槽栅4H-SiC IGBT关断时间长且关断能量损耗高的问题,文中利用Silvaco TCAD设计并仿真了一种新型沟槽栅4H-SiC IGBT结构。通过在传统沟槽栅4H-SiC IGBT结构基础上进行改进,在N ⁺缓冲层中引入两组高掺杂浓度P区和N区,提高了N ⁺缓冲层施主浓度,折中了器件正向压降与关断能量损耗。在器件关断过程中,N ⁺缓冲层中处于反向偏置状态的PN结对N ^-漂移区中电场分布起到优化作用,加速了N ^-漂移区中电子抽取,在缩短器件关断时间和降低关断能量损耗的同时提升了击穿电压。Silvaco TCAD仿真结果显示,新型沟槽栅4H-SiC IGBT击穿电压为16 kV,在15 kV的耐压设计指标下,关断能量损耗低至4.63 mJ,相比传统结构降低了40.41%。     

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.     

IGBT关断过电压机理分析及保护研究

固态开关具有关断速度快、无电弧、智能性高等特点,能有效地满足微网对开关的要求。文中针对IGBT应用于固态开关的特点,对IGBT关断过电压的机理进行了分析,并设计了缓冲电路。经实验验证能够很好地解决IGBT关断过电压的问题,保证固态开关的安全可靠。     

600 V-30 A 4H-SiC肖特基二极管作为IGBT续流二极管的研究

采用碳化硅外延和器件工艺制造了碳化硅肖特基(SBD)二极管,耐压超过600 V。正向压降为1.6 V时,器件电流达到30A。作为IGBT续流二极管,600 V碳化硅肖特基二极管和国际整流器公司的600 V超快恢复二极管(Ultra fast diode)进行了对比:125℃IGBT模块动态开关测试中,碳化硅二极管的反向恢复能耗比硅二极管节省90%,相应的IGBT开通能耗节省30%。另外反向恢复中过电压从40%降为10%,这是由于碳化硅的软度高,提高了模块的可靠性。     

大功率IGBT模块的集成技术

介绍了大功率IGBT模块的新概念，以及为实现小型化和高可靠系统时大功率应用的栅驱动技术。采用新型模块，可使体积和重量大约减小50％。使用通常的栅驱动方法驱动新型模块，也能简化设计并得到大功率电子系统。IGBT芯片的正面采用了沟槽栅结构，背面采用了电场截止层结构。未选择栅沟槽的FSIGBT芯片，其电流的不均衡率是10％或更小。采用通常的栅驱动单元有可能均衡与栅驱动单元并联的IGBT的开关波形。这些技术将使大容量的应用变得容易。     

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%.     

电荷耦合内透明集电极IGBT设计与仿真北大核心CSCD

针对沟槽型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)栅电容较大、开关速度较慢的问题,基于内透明集电极(ITC)技术,将电荷耦合(CC)的思想应用于槽栅IGBT中。采用仿真工具MEDICI对电荷耦合内透明集电极IGBT(CC-ITC-IGBT)的击穿特性、导通特性和开关特性等进行了仿真研究,重点研究了电荷耦合区掺杂浓度和局域载流子寿命控制区(LCLC)载流子寿命对器件性能的影响,并和普通的槽栅内透明集电极IGBT进行了对比。结果表明,在给定的参数范围内,新结构在快速关断区域折中特性曲线更好,在低导通压降区域,优势变得不太明显,因而电荷耦合内透明集电极IGBT更适合做快速关断型。