面向Si/SiC混合器件逆变器全寿命周期安全工作区的多开关模式主动切换策略

基于硅基绝缘栅双极型晶体管(Si IGBT)和碳化硅金属氧化物半导体场效应管(SiC MOSFET)的Si IGBT/SiC MOSFET混合器件采用多开关模式切换策略可使变换器具备应对复杂工况的能力,然而现有切换策略并未考虑器件疲劳老化对模式切换阈值电流的影响,在混合器件老化进程后期极有可能造成器件热失效,进而严重威胁变换器的可靠运行。基于此,提出了一种面向Si/SiC混合器件逆变器全寿命周期安全工作区的多开关模式主动切换策略。基于器件疲劳老化对逆变器最大安全运行电流的影响规律,设计了考虑老化进程的逆变器安全工作区刻画流程。根据安全工作区刻画结果,提出了适用于混合器件全寿命周期的多开关模式主动切换策略。实验结果表明,该策略能够针对混合器件不同老化程度来动态调整开关模式切换阈值电流,从而在器件全寿命周期内保障逆变器的运行可靠性。

双PWM变换器的系统安全工作区及其应用

以实际55 kW异步电机变频调速系统中的双PWM变换器为例,综合考虑功率器件特性、主电路结构、控制延迟、系统温度等因素,定量分析了其系统安全工作区。在得出了系统安全工作区数学模型的基础上,详细分析了控制延迟、直流母线杂散电感、交流滤波电感以及开关频率等因素对双PWM变换器的系统安全工作区边界的影响,并由此对实际系统的参数和保护进行了合理的设计,从而在保证系统安全的前提下,最大限度地提高器件的利用率和系统的持续运行能力。最后,实际系统的实验结果验证了所描述的系统安全工作区的正确性及其应用的有效性。

功率晶体管直流安全工作区的描绘方法

本文给出了通过测试器件热阻来描绘其安全工作区的方法,采用该方法确定的安全工作区的二次击穿限比用二次击穿测试仪测得的要低,但能避免器件的损伤和永久性损坏,确定出的安全工作区是安全的.

中点箝位型三电平变换器系统安全工作区的刻画及应用

为了提高中点箝位型三电平变换器的可靠性,基于器件的安全工作区,综合考虑了变换器的拓扑结构、直流母线杂散参数、控制系统的延迟以及温度等因素,推导出了变换器系统安全工作区(SSOA)的数学模型。定量分析了结温和风速对SSOA边界的影响,并分别刻画了结温和风速影响下SSOA的三维立体图形。应用该方法对55 kW/380 V的变换器样机进行保护设计,通过实验验证了基于SSOA所设定的保护边界的有效性,表明SSOA可以保障变换器的可靠稳定运行,提高变换器的可持续运行能力。

高压IGBT宽安全工作区设计

基于现有工艺平台开发了一款具有宽安全工作区的高压IGBT芯片。该芯片元胞采用场截止结构、载流子增强技术结合背面激光退火工艺降低器件饱和电压,通过优化载流子存储层的掺杂分布,结合背面透明集电极的增益优化,降低器件雪崩风险,提高器件的安全工作区。经流片测试结果显示饱和电压2.6 V,芯片在125°C温度下可实现5倍以上额定电流安全关断,短路电流可在30μs内安全关断,具有宽安全工作区水平,实现饱和电压、关断损耗和安全工作区的折衷。

具有宽安全工作区的压接式IGBT芯片研制

针对柔性直流输电关键装备高压直流断路器的特殊需求,基于现有工艺平台开发了一款宽安全工作区的3 300V/50A压接式IGBT芯片。为降低2~4 ms过电流冲击过程中的芯片温升,纵向采用非穿通结构。同时,采用阶梯栅氧结构,引入第二雪崩区,降低动态闩锁发生的风险,提高器件的安全工作区。为适用于压接封装,开发了厚金属电极工艺,实现对压力的缓冲。将此结构流片验证,并进行模块级测试,芯片可在1 800V电压下达到6.5倍以上额定电流安全关断,短路电流可在20μs内安全关断,具有宽安全工作区水平。

功率MOS器件安全工作区的修正方法

本文以功率MOS器件(IRF440)为例。给出了安全工作区在实际工作条件下的修正步骤及SOA曲线的修正结果。

具有改进安全工作区(SOA)的大面积IGCT

本文介绍有关大面积IGT(集成门极换流晶闸管)改进安全工作区(SOA)的三个概念:优化门极电路;通过优化掺杂浓度分布和辐照来改进局部安全工作区;借助于辐照来补偿横向效应。局部SOA的优化同改进门极电路相结合,会使创记录的阻断SOA达到1MW/cm2的开关功率密度。所有三项措施结合起来,就可以使大面积IGCT安全工作区(SOA)的改进超过30%。

SOI-LIGBT器件正偏安全工作区的研究

研究了高压SOI-LIGBT器件的单脉冲正偏安全工作区(FBSOA)的绘制方法。首先,分别提取器件的热阻与热容,并借助热阻抗公式计算器件的瞬态热阻抗,进而根据热阻抗与最大允许功率之间的关系,获得直流与脉冲条件下的正偏安全工作区。同时,还对其二次击穿边界与安全工作区的相互关系做了进一步分析,为更加准确地确定高压LIGBT器件的单脉冲安全工作区提供理论指导。

SOI-LDMOS器件改善电安全工作区后驼峰现象的研究

研究了高压SOI-LDMOS器件在引入P-sink结构改善电安全工作区(E-SOA)后I-V特性曲线呈现的驼峰现象(hump)。首先将驼峰现象出现后器件的源端总电流分成电子电流与空穴电流单独分析,确定高栅压下电子电流阶梯上升是驼峰现象产生的表面原因,进而通过仿真分析出Kirk效应导致的空穴电流在表面漂移区中电导调制是驼峰现象产生的根本原因。最后,根据对驼峰现象的分析,设计出新器件结构成功消除了驼峰现象,为今后不同类型LDMOS器件改善I-V曲线驼峰现象提供了理论指导。

功率MOSFET安全工作区的确定

本文研究了功率ＭＯＳＦＥＴ管的安全工作区的计算及绘制方法。在使用功率ＭＯＳＦＥＴ器件时，应根据应用具体条件（如散热器热阻、环境温度、工作电流和电压）重新确定功率ＭＯＳＦＥＴ器件的安全工作区，为正确使用该器件和设计电路参数提供依据。

具有改进安全工作区(SOA)的大面积IGCT(英文)

介绍了有关大面积IGCT(集成门极换流晶闸管)改进安全工作区(SOA)的3个概念,即优化门极电路;通过优化掺杂浓度分布和辐照来改进局部安全工作区;借助于辐照来补偿横向效应。局部SOA的优化与改进门极电路相结合,会使创记录的阻断SOA达到1MW/cm2的开关功率密度。所有3项措施结合起来,就可以使大面积IGCT安全工作区(SOA)的改进超过30%。

功率MOSFET器件安全工作区的研究

功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的热不稳定现象,限制了MOSFET的安全工作区。为得到符合实际的安全工作区,建立了一种分析模型,综合考虑了电流温度系数、热阻等因素,分析解释热不稳定产生条件,通过与实验数据的对比,证明了模型的正确性,得到了更符合实际的安全工作区。

双MOS门极控制的EST的开关特性和安全工作区

用二维 MEDICI商用器件模拟软件对双 MOS门极控制的发射极开关晶闸管 EST( Emitter Switched Thyristor)的正偏置安全工作区 FBSOA( Forward Biased Safe- Operation-Area)及其关断动态的电流分布进行了模拟研究 .证明该器件采用 P型转向器 ( diverter)与双MOS门极相结合的结构使得空穴电流分流从而显著地提高了 EST的开关能力 ,其

LDMOS热载流子注入效应安全工作区的研究

安全工作区(SOA)是MOSFET器件设计中的一个关键参数。传统CMOS在衬底电流-栅极电压曲线上只出现一个衬底电流峰值,该峰值可直接反映出热载流子注入(HCI)效应最强的位置,因此可以容易地给出其SOA;而对于横向双扩散MOSFET(LDMOS)器件,由于Kirk效应的发生,造成其衬底电流峰值不明显,此时的衬底电流已经不能再完全反映HCI效应的强弱,单纯使用Hu模式或衬底电流模式对SOA测试和分析都不合适。针对发生严重Kirk效应的LDMOS,此处提出一套更合理的HCI SOA测试方法,该方法既能节省测试时间,同时准确性又高。

低压差稳压器安全工作区保护技术

给出了几种低压差稳压器安全工作区保护实验研究电路，对这几种电路工作原理进行了扼要阐述，给出了电路中一些主要关系式和相关的输入、输出特性，总结出低压差稳压器安全工作区保护电路的分类．

优化安全工作区(SOA)性能的下一代IGCT

为了改进电力电子系统的性能、减小其尺寸以及降低成本,大功率半导体器件将继续朝着高电压和大电流容量的方向发展。IGCT也不例外。本文描述具有电压额定值为4.5kV～6.5kV的一个新的IGCT系列的高安全工作区(SOA)能力。

功率NLDMOS电学安全工作区的版图设计优化

在不调整制备工艺、不增加工艺成本条件下,研究了管芯版图优化对功率n型横向扩散金属氧化物半导体(NLDMOS)电学安全工作区(E-SOA)的影响。通过研究p^+带嵌入方式、p^+图形形状、p^+分布密度、阵列单元栅宽及总栅数、金属引线方式等进行了版图设计优化和流片。管芯传输线脉冲(TLP)E-SOA测试结果表明,优化后的版图使NLDMOS在5 V工作电压下TLP E-SOA提升约30%,金属引线的加宽和叠加使NLDMOS的开态电流提升约7%。带状紧凑型p^+带且双栅极嵌入的优化版图设计能更好地稳定硅衬底电位,抑制寄生三极管的开启,增大E-SOA,提高器件可靠性。因此,版图设计优化对提升功率NLDMOS的性能和可靠性具有实际意义。

从安全工作区探讨IGBT的失效机理

本文阐述了各安全工作区的物理概念和超安全工作区工作的失效机理。讨论了短路持续时间Tsc和栅压Vg、集电极-发射极导通电压Vce(on)及短路电流Isc的关系。

改进型SOA电路实现安全工作区保护

功率管保护是通过将其操作限制在SOA的有限V-I平面(plane)区域内,保护电路通常采用返送(foldback)电流限制,但这种方法无法复制SOA功率界限的实际形状。本文将以TI的TPS2490系列功率限制(power-limiting)热插拔控制器为例介绍改进型SOA保护电路的原理与设计,它可通过模拟计算技术复制SOA的实际界限。