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。     

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.     

电子辐照对槽栅IGBT器件参数影响分析

功率器件IGBT由于其优异特性而广泛应用于电机、电焊机和功率开关等领域,是功率器件的主流产品之一。本文首先介绍了电子辐照技术在改善IGBT关断时间的应用,以及该技术在槽栅IGBT应用中出现的异常现象,并提出了改善此类异常现象的器件制造方法。     

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。     

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...     

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。     

横向电阻区对IGBT过电流关断能力的影响研究

针对绝缘栅双极晶体管(IGBT)在过电流关断测试中被烧毁的问题,设计了三种不同的横向电阻区结构。为了分析器件的失效机理,研究不同结构横向电阻区对过电流关断能力的影响,借助Sentaurus TCAD仿真工具构建了器件模型,模拟了器件的整个过电流关断过程。对三种结构器件在过电流关断过程中的内部关键物理参量的变化情况进行分析,发现不同长度的横向电阻区对空穴的抽取效率不同,进而可以影响到电流密度分布。当电阻区增加到一定长度时,可以有效提升过电流关断能力,避免器件烧毁失效。     

恒功率激光脉冲电源的设计

设计与实现了用于激光切割机的脉冲电源,采用功率器件IGBT构成功率驱动单元,利用单片机实现电流的恒功率算法快速控制输出电流,并对功率器件IGBT进行安全可靠的保护。该电源工作频率在超声频段,无电流噪声,输出电流的波纹极小,电流稳定度高。     

影响IGBT器件短路能力的一种栅极振荡现象研究

功率器件IGBT由于其优异特性而广泛应用于电机、电焊机和功率开关等领域,是功率器件的主流产品之一。本文首先介绍了IGBT的短路特性及测试方法和条件,分析了栅极异常振荡对IGBT的短路电流的影响,提出了改善IGBT器件短路能力的方法。     

影响IGBT器件短路能力的一种栅极振荡现象研究

功率器件IGBT由于其优异特性而广泛应用于电机、电焊机和功率开关等领域,是功率器件的主流产品之一.本文首先介绍了IGBT的短路特性及测试方法和条件,分析了栅极异常振荡对IGBT的短路电流的影响,提出了改善IGBT器件短路能力的方法.     

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%。     

牵引用3 300 V平面栅IGBT栅极台面结构研究

针对机车牵引用3 300 V/1 500 A IGBT功率模块,采用TCAD仿真工具研究了不同栅极结构对器件静态和动态参数的影响。当平面栅IGBT采用栅极台面结构且台面厚度逐渐降低时,器件的静态阻断电压提高,开关损耗降低,但是器件的开关时间增加;此外,关断时过快的dv/dt会引起栅极电压振荡,开启时过快的di/dt会引起很大的电流过冲,导致器件应用的可靠性降低。在机车牵引的应用环境下,IGBT的栅极结构参数需要从电学参数和可靠性两个方面进行折中设计。     

100A/1200V Si/SiC混合模块对比研究（英文）

采取对比的方法将Si IGBT/Si FRD模块与Si IGBT/SiC SBD模块静态及动态特性进行了测量与分析。测试表明,将Si IGBT模块中Si FRD替换为SiC SBD后开关损耗减小明显,提升效率的同时可大大提高功率模块的工作频率,降低系统体积。为了解释Si IGBT/SiC SBD混合模块开通过程中电流电压振荡现象,本文对模块开通与关断过程中电流的流通路径进行了对比,用以解释产生开通振荡的原因。分析中发现,开通振荡主要来自于模块封装杂散电感与IGBT输出电容及SiC SBD结电容产生的LC谐振。SiC SBD由于结电容较大而导致开通振荡较为明显。因此,为了提高SiC器件系统的可靠性,需要找到一种低电感封装技术,满足SiC器件封装要求。     

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。     

中国IGBT功率半导体器件产业观察

正IGBT是功率器件技术演变的最新产品,是未来功率器件的主流发展方向。IGBT器件是一种MOSFET与双极晶体管复合器件。既有功率MOSFET易于驱动、控制简单、开关频率高的优点,又有功率晶体管的导通电压低、通态电流大、损耗小的优点。基于技术和功能上的优势,IGBT产品可以实现对以往功率     

IGBT过流关断主结边缘烧毁失效机理研究

针对4 500 V IGBT在过流关断过程中主结边缘烧毁失效的问题,设计了3种不同场板连接结构。为了分析失效机理,采用Sentaurus TCAD工具对IGBT的过流关断过程进行仿真,重点研究了主结边缘附近3种场板结构对过流关断的影响。结果表明,IGBT电阻区边缘场板结构参数是影响坚固性的重要因素,在一定程度上减小场板连接的倾斜角,可减弱主结附近电场强度,避免过流关断过程中器件在该处发生烧毁,提升了器件的动态坚固性。     

节能型单相全桥零电流开关谐振极逆变器

为改善以绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）作为开关器件的单相全桥逆变器的效率,提出了一种节能型单相全桥零电流开关谐振极逆变器,在每个桥臂上分别并联1组辅助电路.在工作过程中,主开关和辅助开关都能完成零电流软切换,可消除IGBT拖尾电流造成的关断损耗.分析了电路工作过程,在2kW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作为开关器件的单相全桥逆变器的节能运行.     

一种低功耗4H-SiCIGBT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...     

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