面向柔性直流变流器应用的低损耗4500 V/5000 A IGBT模块

为适应柔性直流变流器传输容量不断提高的应用需求,电网用大功率低损耗的IGBT模块成为发展趋势。本文介绍了一种4 500 V/5 000 A IGBT模块,通过自对准N型增强层的大面积IGBT元胞设计,提高了多芯片并联的压接模块的静动态性能,采用P和N场限制环加多级场板的终端结构保证了模块高耐压和低漏电,优化芯片工艺适配压接封装需求。封装的4 500 V/5 000 A IGBT压接模块常温下的饱和压降(V_(CEsat))为2.4 V;高温125℃下,V_(CEsat)为3.12 V,集电极和发射极间的漏电流只有18.78 mA。当频率为100~150 Hz时,静动态总损耗比竞争产品低2%左右,并且模块通过了125℃下的短路安全工作区测试、反向偏置关断安全工作区测试和反向偏置测试。

高压碳化硅IGBT器件的电学特性

借助计算机辅助设计技术(TCAD)仿真并结合基础物理建模,对SiC n和p沟道IGBT器件的电学特性进行比较研究。研究表明,在小电流密度下,n-IGBT电导调制效应较强,并具有较低的通态压降。而在较大的正向偏置电压下,p-IGBT背部的n^(+)注入层的正向载流子注入增强,从而使得p-IGBT导通电流较大。相比较npn晶体管而言,由于n-IGBT内部pnp晶体管的电流增益较低,关断过程中载流子的抽取电流较高,耗尽层扩展速度较快,使得其关断时间较短,因而n-IGBT在动态关断能耗和正向导通压降之间具有较好的折中关系。但n-IGBT关断过程中电压变化率(dv/dt)、电流变化率(di/dt)值较高,特别是发生电压穿通现象过后。因此,应对n-IGBT电磁干扰(EMI)抑制的器件设计技术加以重视。

漏电低短路能力强的3300V IGBT模块

为实现满足电网应用要求的短路能力强、反向偏置安全工作区大、工作结温高的3300 V高压绝缘栅场效应晶体管模块,提出了一种具有N型增强层的IGBT元胞结构,采用P型隔离区的元胞布局结构和台阶形场板的保护环结构的IGBT设计。基于203.2 mm(8英寸)平面栅IGBT加工工艺,制作出的芯片封装成3300 V/1500 A的IGBT模块。模块常温下的饱和压降(VCEsat)为2.55 V,动态总损耗(Etot)为5236 mJ;高温150℃下的VCEsat为3.3 V,集电极和发射极间的漏电流(ICES)只有38 mA,Etot为7157 mJ。在常温时,当栅极和发射极电压(VGE)为18.5 V的条件下,模块通过了一类短路测试。在150℃下,模块通过了2.5倍额定电流的反向偏置关断测试。