SiC IGBT正向导通特性研究

SiC绝缘栅双极型晶体管(IGBT)兼具了导通损耗低、开关频率高的显著优势,已成为下一代高压开关器件的重点研究对象。然而,由于高质量的SiC衬底、外延材料制备不易,器件机理及工艺流程较为复杂,研究开发过程比较缓慢。通过针对性的器件物理建模,在此基于Silvaco软件完成了器件的正向导通特性仿真,分析了缓冲层及结型场效应晶体管(JFET)区对器件正向性能的影响,并基于以上结果进行了实际流片,测试结果基本符合理论预期。     

车用IGBT模块及其驱动电路双脉冲实验

通过双脉冲实验对车用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块及其驱动电路进行实验研究,实验中主要观察了IGBT模块在开通和关断过程中的关键特性,包括开关损耗、有源箝位功能、续流二极管的安全性及母排杂散电感等。同时结合实验曲线对IGBT。的开关过程进行了详细介绍。     

基于IGBT开关的超导电感脉冲输出实验研究

为实现高温超导电感脉冲功率输出,在对多种断路开关特性比较的基础上,提出了基于IGBT开关的超导电感模块化脉冲输出方案。在该方案的基础上建成了一套基于IGBT开关的脉冲输出回路,利用实验室的高温超导磁体进行了一系列的试验,最终在负载上得到峰值约为40 A,上升沿约为200μs的单电感放电脉冲波形和多电感放电叠加的脉冲波形。试验结果表明,用IGBT作为断路开关控制磁体能量以实现脉冲功率输出的技术方案是可行的。     

基于IGBT的短脉冲大电流开断特性研究

为确定绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在直流微网中开断大电流的能力,搭建IGBT短脉冲大电流开断试验平台。在此基于HENFER模型进行IGBT参数的提取,通过Saber软件进行IGBT的电热耦合仿真,搭建额定电压与额定电流600 V/40 A的IGBT测试试验电路,以100μs,200μs,500μs,1 ms等不同的关断时间差进行IGBT大电流开断特性研究。结果表明,随着栅极驱动电压的提高,IGBT的开断能力不能增强,但相应的关断时间差会发生改变。试验规律为中低压领域直流微网中IGBT的应用提供了参考依据,具有一定工程应用意义。     

SiC MOSFET与Si IGBT器件温度敏感电参数对比研究

功率半导体器件结温是反映器件健康状态的关键指标。目前被认为具有前景的在线实时结温提取方案是基于器件本身的温度敏感电参数TSEPs(temperature sensitive electrical parameters)法,对于Si IGBT器件温敏电参数的在线实时结温提取方法国内外已有大量文献报道,但对于宽禁带SiC器件研究甚少,且对于不同种温敏电参数的特性差异分析极为必要。因此,提出针对不同温敏电参数在SiC MOSFET和Si IGBT上的对比分析。首先对SiC MOSFET的静态和动态温敏电参数进行理论建模分析获取结温敏感依据,后续通过实验多维度对比分析温敏电参数在SiC MOSFET和Si IGBT的适用性。最后就各温敏电参数的提取电路设计进行分析对比。实验结果表明,通态电阻R_(on)和开通di/dt更适合于SiC MOSFET,而V_(TH)、t_(d-off)和V_(GP)更适合于Si IGBT。     

SiC MOSFET及Si IGBT串联短路动态特性研究

针对因器件击穿、控制失效等问题导致的串联短路现象,基于半桥结构分析了SiC MOSFET及Si IGBT不同的串联短路动态分压特性。同时,结合开关过程中电压、电流的变化分析串联短路分压原理,并在输出特性曲线上标注器件的分压路径。实验结果表明,驱动电压、负载电流、母线电压等外部驱动参数对两种器件串联短路分压特性的影响不同,其中反向负载电流改变了串联短路的分压趋势且对串联短路特性影响最大。充分认识器件的串联短路机理对改进短路保护具有现实意义。     

SiC MOSFET静态性能及参数温度依赖性的实验分析及与Si IGBT的对比

碳化硅SiC(silicon carbide)MOSFET作为新型的电力电子器件,具有不同于Si IGBT的电热特性,且其静态特性在宽温度范围内变化特性并不明确。以Si C MOSFET为研究对象,从器件的工作原理入手,结合Si IGBT对比,分析了其静态特性及寄生参数受温度的影响,并在-55℃至165℃准确测量了包括阈值电压、导通电阻、泄漏电流、输出特性及寄生参数在内的多个参数,实验结果符合理论分析。根据实验结果分析了各项性能参数的温度敏感性,结果表明:Si C MOSFET静态性能及参数与温度具有极强的相关性;与Si IGBT相比,温度依赖性更为明显,并且能够为器件结温测量及Si C MOSFET电力电子系统状态监测提供理论依据与实验基础。     

基于结构函数的IGBT热特性研究

根据绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件工作时的传热原理,运用基于有限元法的分析软件ANSYS建立了1种IGBT三维热模型,进行瞬态仿真及结构函数分析。基于结构函数分析所得的热阻热容曲线,从芯片和焊料层接触面积、焊料层厚度、铜基板厚度和焊料层空洞等角度分析了可能影响器件热特性的因素。研究结果表明,相比传统的半导体器件热阻测试方法,结构函数法不仅能获得器件结到周围环境总体热阻值,还能无损地获取器件内部各结构层的热阻热容,分析器件内部结构变化,为研究和评估器件的热特性提供可靠的依据。     

IGBT脉冲电源系统的设计与研究

分析了ＩＧＢＴ脉冲电源的工作原理。设计了两套运行参数分别为１ｋＶ／４２０Ａ／３００ｎｓ／６００Ｗ和６ｋＶ／３２Ａ／５００Ｗ的ＩＧＢＴ脉冲电源装置,给出了实验结果。     

基于IGBT的高压脉冲电源研制

高压脉冲电场灭菌技术是近年发展起来的极有潜力的非热灭菌技术,其中高压脉冲电源是系统的核心组成部分.提出了一种基于IGBT的高压脉冲电源,系统由能源系统和脉冲产生回路构成,由单片机来控制IGBT的触发,其设计输出为方波,电压幅值在50～100 kv可调,脉冲宽度在1～10μs可调,频率在1～100Hz可调.所研制的高压脉冲电源可用于间距在2～10 cm之间平行可调的平板电场,满足食品在各种高压脉冲电场强度下非热力灭菌的需要.     

SiC MOSFET、Si CoolMOS和IGBT的特性对比及其在DAB变换器中的应用

碳化硅(Si C)半导体器件由于其宽禁带材料的优良特性受到了广泛关注。Si C半导体器件作为一种新型器件,对其与Si半导体器件的特性对比及评估越来越有必要。本文主要对比了Si C MOSFET、Si Cool MOS和IGBT的静态特性。并搭建了基于Buck变换器的测试平台,测试条件为输入电压为400V,电流为4~10A,对比了三种器件的开关波形、开关时间、开关损耗、dv/dt、di/dt以及内部二极管的反向恢复特性。设计了一台2k W的双主动全桥(DAB)变换器的实验样机,对比了应用三种器件的DAB变换器的理论效率和实测效率。     

应用于模块化高压纳秒脉冲源的SiC与射频Si基MOSFET瞬态开关特性对比研究

碳化硅(silicon carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,MOSFET)比Si MOSFET具有更低的导通电阻、更高的通流能力和热稳定性。但射频硅(radio frequency silicon,RF-Si)基MOSFET凭借其优异的开关动态特性,在高压纳秒脉冲发生器中的使用比SiCMOSFET更为普及。为了拓展SiC MOSFET的应用范围,通过RF-Si和SiCMOSFET在多脉冲参数条件下瞬态开关特性(动态特性、瞬态开关损耗、时间抖动)的对比研究,该文揭示2种半导体器件在瞬态高压和强流下的开关特性差异。实验结果表明:相对于RF-Si基MOSFET,SiC MOSFET的优势体现在开通、关断时间。但由于寄生参数的影响,SiC MOSFET呈现出更大的振荡和过冲,而在瞬态开关损耗、时间抖动方面没有明显的优势。因此,通过改进SiCMOSFET的封装从而减小寄生参数,将推动SiC MOSFET在高压纳秒脉冲发生器中的应用。     

电晕脉冲干扰特性的实验研究

本文采用模拟实验的方法 ,分析了不同极性单个电晕脉冲产生的干扰水平和频域范围 ,指出正电晕脉冲是干扰的主要来源 ,膜状电晕的产生能有效地抑制干扰 ,气候条件对电晕干扰水平的影响有限     

IGBT并联特性的研究与仿真

为满足大功率逆变器的设计需要,针对功率器件IGBT并联使用时的工作特性进行了研究.主要分析了驱动电路和器件各参数不理想时对IGBT并联工作产生的不利影响,重点研究了电流分配、安全工作范围、散热以及寄生振荡等关键问题.最后结合仿真结果,提出保证多个IGBT并联工作的合理建议.     

IGBT的特性仿真与分析研究

对IGBT的静态特性,动态特性和热特性进行了分析,在Matlab中实现了IGBT模块不同特性的仿真,并对IGBT特性进行了分析研究,为进一步研究IGBT的寿命和可靠性提供了基础。     

基于IGBT的频率叠加型高压脉冲电源的研究

针对高压脉冲电源的高压高频以及脉宽的特殊需求,采用频率叠加理论提出了一种基于绝缘栅双极晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)的频率叠加型高压脉冲电源。该脉冲电源通过对传统高压脉冲电源的改进,解决受IGBT和二级管模块的开关频率限制而脉冲电源无法同时实现高压、高频问题。通过对理论的分析以及使用Matlab/Simulink软件进行仿真验证,仿真结果表明改进后的高压脉冲电源能实现IGBT开关频率为20 kHz而负载频率为40 kHz。最后,为进一步验证所提脉冲电源拓扑结构的可行性,搭建低压实验样机,并使用现场可编程逻辑门阵列FPGA(field programmable gate array)产生相对独立的控制信号。     

开关类设备局部放电光脉冲与特高频脉冲特性对比研究

探究了新型硅光电传感器在局部放电检测方面的性能,并将其测得的光脉冲与传统特高频脉冲进行了对比试验分析.通过光、电同步局放试验,对各种传感器的检测性能、工作特性和统计特征进行了分析和讨论,探索了硅光电局放传感器在实际放电监测中的优势及可行性.此外,通过光、电同步监测数据分析,获得了局放光辐射与电磁辐射两种物理现象的统计学...     

基于循环神经网络的IGBT退化特性参数研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在应用中存在器件退化问题,分析了采用数据驱动技术实现退化特性参数识别的合理性,并提出了一种基于循环神经网络的分析方法.该方法通过选择集电极-发射极关断峰值电压作为退化特性参数,采用循环神经网络建模,实现退化特征参数的预测.采用了NASA PCoE研究中心提供的IGBT加速老化数据集,进行数...     

基于脉冲耦合响应的IGBT故障检测方法

柔性直流换流阀的可靠运行很大程度上取决于阀子模块内的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件,除了子模块的冗余设计,实时检测子模块内IGBT的状态同样具有重大意义。现行的检测手段难以实现IGBT正常状态、老化状态、不同故障状态的快速诊断以及实时同步检测。因此,该文提出一种基于脉冲耦合响应的状态检测方法,该方法通过向集射极注入短时高压脉冲激励,分析脉冲下IGBT等效二端口网络的输出响应,可以在1μs内快速检测IGBT运行状态,并在故障情况下识别故障类型。最后通过实验结果与Pspice仿真结果的对比,验证了所提方法的可行性与正确性。     

IGBT加速老化实验研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块作为电力电子设备的关键器件被广泛应用,其工作寿命与可靠性将影响到整个装置或系统的正常运行,对于IGBT可靠性研究具有重要意义。IGBT加速老化实验是研究IGBT可靠性问题的重要方法,其在不改变产品故障机制的前提下,提高实验应力,加速产品的故障进程,能有效缩短实验时间,节约成本。分析了IGBT的失效机理,依据IEC标准,设计了IGBT直流功率循环加速老化实验,自行设计搭建了IGBT加速老化实验系统,能够完成器件的老化以及监测老化前后器件参数的变化。研究成果为IGBT模块的可靠性研究以及健康状态评估提供了重要依据。