低导通损耗宽安全工作区4500V IGBT器件研制

基于"U"形增强型双扩散金属氧化物半导体(DMOS+)平面元胞、增强型受控缓冲层(CPT+)技术及结终端扩展(JTE)终端结构,通过引入载流子存储层、优化背面缓冲层及背面集电极结构,开发出低导通损耗、高关断能力及宽短路安全工作区的4 500 V IGBT芯片。高温测试(Tj=125℃)结果表明,该4 500 V IGBT的导通压降(Vceon)为3 V,能够关断6.75倍额定电流,并通过了Vgeon=21.5 V、tsc=15μs的极限短路测试;4 500 V/1 200 A IGBT模块的最高工作结温Tj达150℃。

基于量化电压并行比较的IGBT状态监测保护电路

在中高压、大容量电力电子变流系统中,大功率IGBT模块是变流器的核心器件,而驱动电路是影响IGBT模块及其组成的变流系统运行可靠性的关键因素。已有研究表明,对于IGBT模块的突发故障与老化失效,通过驱动电路进行状态监测与保护是目前能够对其实现故障诊断最快的方法。因此,该文提出一种基于量化电压并行比较的IGBT状态监测保护电路。首先,建立IGBT模块等效电路模型,分析模块内部寄生参数对饱和导通压降V_(ce(sat))、短路电流I_(sc)、开通延迟时间t_(don)及门极峰值电流I_(gpeak)等状态参数的影响,利用其在不同老化程度下的变化范围构建IGBT模块的全寿命安全工作区,为量化电压设定提供依据。其次,以V_(ce(sat))与t_(don)作为采集对象,设定特定阈值,对检测信号进行量化,根据比较电路的逻辑输出实时监测并辨别短路故障与老化程度,从而保护IGBT模块。最后,利用Pspice进行仿真分析,验证了该方法的正确性与可行性。