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。     

针对高压IGBT的改进瞬态模型

为准确表征绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的物理特性,在典型IGBT开关瞬态模型的基础上提出一种改进的高压IGBT瞬态模型。首先基于半导体物理理论,对典型IGBT开关瞬态的建模过程进行了简要分析和推导,并在此基础上针对高压IGBT的宽基区结构特点,考虑基区载流子复合过程对IGBT开关瞬态的影响,建立了一种改进的高压IGBT瞬态模型。最后将建立的模型在Saber仿真软件中实现,并在25℃和125℃工况下进行了双脉冲仿真,以一种3 300 V/1 200 A IGBT模块为例搭建测试电路,对改进的瞬态模型进行实验验证。实验结果表明：提出的改进模型将25℃下IGBT关断时间的误差由26.5%降低至1.5%,关断损耗的误差由60.93%降低至8.92%;该模型将125℃下IGBT关断时间的误差由14.5%降低到4%,关断损耗的误差由61.68%降低到11.35%。研究结果为IGBT的应用设计提供了更为准确的仿真模型。     

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。     

IGBT开关瞬态的温度特性与电热仿真模型

由于半导体的材料特性随温度的变化发生改变,采用硅材料制造的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作特性受温度的影响也十分显著,开关瞬态过程将随温度发生较大变化。针对不同温度下的开关过程开展了测试实验,发现IGBT的开通与关断瞬态具有不同的温度特性,根据实验现象对IGBT的开关过程进行了分析,得出IGBT开关瞬态的温度特性主要是受载流子寿命影响的结论。对IGBT电热模型的基本原理以及现有模型方法进行了分析,根据实验中得出的结论,提出了一种改进的IGBT电热模型。基于该模型对IGBT关断时的电流拖尾过程以及整个开关瞬态过程开展了电热仿真分析,通过仿真波形与实测波形的比较,验证了实验中得出的结论以及该模型的准确性。     

绝缘栅双极型晶体管动态电热联合仿真模型

简述了IGBT电热耦合模型理论,在Saber仿真环境里搭建了动态电热联合仿真模型,计算得到结温和各层温度的精确瞬变过程。在相同加热电流下,采用红外热成像仪探测IGBT模块芯片表面瞬态温度分布,通过分析结温温升及温度特性验证了仿真计算结果,探测结果表明芯片表面温度分布并不均匀,中心温度较边缘要高3~5 K且开始上升很快,随后进入一个缓慢的上升过程。采用该动态电热联合仿真模型可对不同工作状态下模块各层的温度和上升时间进行预测,并结合探测结果提出了提高IGBT可靠性的方法。     

适用于变流装置电路仿真的IGBT分段瞬态模型

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)瞬态模型对电力电子系统的分析与设计具有重要意义。目前,考虑精度与仿真效率,物理模型与现有行为模型均难以满足复杂电路的仿真要求。针对这一问题,基于IGBT开通、关断瞬态的物理机理,对其开关过程进行分段表征,提出了一种可适用于复杂电路仿真,且能反映不同电压、电流、温度下IGBT开关瞬态特性的分段模型,并在Simulink软件实现了对复杂电路的仿真。最后,通过与物理模型以及实验数据的对比,对所建立模型的有效性进行了验证。结果表明,所提出的模型可以在不同电压、电流、温度等工况下实现IGBT开关瞬态特性的准确表征,且能用于如逆变拓扑等复杂电路的仿真,模型的仿真效率和仿真精度较好。该模型能够为器件的多时间尺度建模和仿真提供重要支撑。     

基于电-热-机械耦合作用机理的IGBT可靠性模型

基于IGBT的工作机理与特性,通过开关特性映射其电特性,通过结温映射其热特性,通过键丝断裂映射其机械特性,对其电-热-机械耦合作用机理进行了深入分析,得出饱和压降随键丝翘起呈线性增大规律。在此基础上,基于Saber仿真平台建立了IGBT可靠性评估模型,并在不同机械疲劳状态下,对其动静态特性进行了验证,仿真与实验结果吻合良好,验证了模型的正确性与准确性。该研究对于IGBT器件及电力电子装置可靠性与优化设计具有一定的指导意义。     

软穿通型3300 V/1200 A IGBT模块建模与仿真

绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)是功率模块作为电力电子领域中的重要大功率器件,在大容量场合越来越受重视。高压大功率IGBT模块国产化需求迫切,针对国产IGBT器件的模型研究成为不可缺少的环节。提出一种IGBT模块建模方法,基于IGBT工艺仿真与物理机制建立IGBT芯片模型,利用Q3D软件提取IGBT模块杂散参数,在Saber软件中结合芯片模型与杂散参数建立IGBT模块模型。然后,采用IGBT模块模型在Saber软件中搭建双脉冲仿真电路,得到IGBT模块的仿真波形。最后进行实验研究,将仿真波形与实验波形进行对比,结果基本一致,可见利用该方法所建的IGBT模块模型比较精确,为IGBT器件的应用仿真研究奠定了基础。     

两种考虑温度影响的SiC JFET仿真模型

针对目前物理建模方法参数获取困难、行为建模方法需要大量实验数据的问题,该文提出两种简单易用的考虑温度影响的Si C JFET功率器件Saber环境建模方法。模型I基于Saber软件提供的JFET模板实现,问题的难点转化为如何准确提取建模对象Si C JFET的相关模板参数;模型II根据器件厂商提供的Si C JFET的PSpice模型,在Saber环境中搭建相应的电路实现,问题的难点转化为如何分析透彻器件厂商提供的模型中各参数的物理意义,并如何调整这些参数使其能准确模拟建模对象的静态和动态特性。该文详细阐述两种仿真模型的特点及具体实现方法,并从静态特性和动态特性两个方面,从仿真和实验两个角度,验证两种仿真模型的正确性和有效性,比较两种建模方法的适用性。     

考虑温度影响的混合型SiC IGBT变参数暂态电热耦合模型建立与分析

SiC IGBT器件以其优良的性能更适合高压大电流应用场合,然而受现有制作工艺限制,其未能实现大规模投产,相比之下混合型SiC IGBT目前能更好地实现效率和成本的最优化。为研究混合型SiC IGBT的性能,提出一种基于Saber的考虑温度影响的变参数暂态电热耦合模型建立方法。首先对器件不同参数的温度敏感度进行分析,得到各温敏参数的温度特性。然后从理论角度分析结温变化对混合型SiC IGBT暂态过程dU_CE/dt、dI_C/dt的影响规律,减少了数学拟合方法额外参数的引入。基于分析建立仿真模型,并搭建实物平台,在不同初始环境温度条件下,随着混合型SiC IGBT器件工作时间的增加,对暂态特性的变化规律和结温升高规律进行测试。最后将建立的变参数暂态电热耦合模型仿真结果与实物结果进行对比,二者具有较高的吻合度,验证了所提建模方法的准确性,为实际工程应用混合型SiC IGBT时的动态性能分析、温度变化规律提供了参考依据。     

PSPICE和Matlab在IGBT动态仿真中应用

简要分析了目前常用的电力电子仿真软件PSPICE(Simulation Program with IC Emphasis)和Matlab的主要性能特点及在电力电子仿真中的适用程度。绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)开关回路在关断瞬间由于感性负载的作用常会伴随着擎住效应,对IGBT器件本身会造成严重的损伤,因此必须在IGBT器件两端并联缓冲电路．以实现对器件的过压保护。缓冲电路的拓扑结构有多种．过压保护的效果也不一样。应用以上两种仿真软件对IGBT开关回路进行动态仿真研究．比较并分析了两种缓冲电路在IGBT关断瞬间的不同过压保护效果。并且说明了PSPICE和Matlab仿真结果的差异及其原因。     

并联IGBT模块静动态均流方法研究

IGBT模块在电力电子技术中得到了越来越广泛的应用,在大功率应用中为了扩大电流容量,会将开关器件并联使用。IGBT模块并联使用时的主要问题是静态不均流和动态不均流,基于IGBT模块的输出特性曲线,建立了并联IGBT模块的静态模型,分析了影响静态不均流的主要因素,通过调整栅压法及外加阻抗法改善了静态不均流;基于IGBT模块的分布参数模型,建立了并联IGBT模块的动态模型,分析了影响动态不均流的主要因素,通过栅极电阻补偿法改善了动态不均流,并提出了一种基于模块参数的主动门极控制均流方法。文中两只IGBT模块(1 200 V/300 A)并联的实验研究证明了模型的正确性和静动态均流方法的有效性。     

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。     

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。     

一种IGBT专用驱动电源模块的设计方案

介绍了一款针对IGBT的使用特点而设计的开关电源,专为IGBT驱动芯片供电。重点分析了IGBT工作的特点,及对供电电源的特殊要求,以及如何设计一款适用于IGBT工作系统的电源模块,并给出了实测参数。     

基于DSP的电流互感器综合特性测试仪设计与实现

为了准确检测电流互感器(TA)的伏安特性、变比、极性、二次负载及10%的误差等参数,研制了一种新型TA特性测试仪.论述了TA综合特性测试仪的工作原理,介绍了主要硬件结构和软件流程.该测试仪采用具有整流滤波电路、单相逆变电路、IGBT驱动电路、变压器的交一直一交变换主电路,控制系统基于DSPTMS320LF2407A,具有高速数据采集和实时数据处理的特点.该测试仪的所有功能是通过键盘和液晶显示屏以人机对话的方式实现的,软件编程结构化、模块化,程序便于修改和调试.对该测试仪的主电路系统进行的仿真结果表明,该测试仪控制精度高、动稳态性能好.     

牵引变流器中6500 V场终止IGBT的物理场仿真研究

绝缘栅双极性晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)凭借其优异的载流和抗压能力,在牵引变流器中得到了广泛的应用.通过仿真研究了解其动态特性,对于保障其自身和系统的运行稳定性和可靠性具有重要意义.针对牵引变流器用大功率IGBT封装模块,在分析IGBT工作原理和特性的基础上,充分...     

适用于复杂电路分析的IGBT模型

推出一种适用于复杂电路仿真分析的绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模型。模型分阶段模拟IGBT的开关瞬态过程,并采用曲线拟合的方式实现对IGBT稳态特性的建模。模型具有计算速度快、参数提取容易、物理概念明确的特点。描述模型的等效原理、构成和参数提取过程,并在PSIM软件包下建立其等效电路。以FF300R12ME3型IGBT为例给出了模型参数,并将模型应用于IGBT的开关特性分析、缓冲吸收电路设计以及IGBT的并联运行分析。仿真和实验结果对比证明了该模型的有效性。     

嵌入式以太网技术在数字继电保护平台上的实现

介绍了基于嵌入式以太网的数字继电保护平台结构,分析了以太网介质访问的特点,讨论了嵌入式以太网在数字保护平台中的应用可行性,围绕通信的实时性提出了几种设计方案,具体包括应用令牌传送协议、应用交换式HUB、改变网络拓扑结构和提高以太网的通信速率等,从继电保护需传送数据具有的特点考虑,兼顾技术和成本的综合比较,最终选择采用令牌传送协议的通信方案,并给出了用以太网控制器CS8900实现以太网通信的硬件设计方案和软件设计流程。