注入增强门极晶体管的结构与电特性

介绍东芝公司推出的4.5kV注入增强门极晶体管(IEGT)的结构和电特性。

聚合物电致发光器件中用类金刚石碳膜增强电子注入(英文)

用正丁胺作碳源，采用射频辉光等离子系统制备类金刚石碳膜（DLC），沉积在聚合物发光器件中的发光层（MEH-PPV）和铝（Al）阴极间作电子注入层．制备了结构为ITO／MEH-PPV／DLC／Al的不同DLC厚度的器件，测量了器件的，I-V特性、亮度及效率，研究了DLC层对器件电子注入性能影响的机制．结果表明：当DLC厚度小于1．0nm时，其器件有较ITO／MEH-PPV／Al高的启动电压和低的发光效率；当DLC厚度在1．0～5．0nm之间时，器件的性能随着DLC厚度增加而变好；当DLC厚度为5．0nm时，器件具有最低的启动电压与最高的发光效率；当DLC厚度继续增加时，器件的性能随着DLC厚度增加而变差．并对ITO／MEH-PPV／DLC／Al和ITO／MEH-PPV／LiF／Al的器件性能进行了比较研究．

等离子体浸没式离子注入-离子束增强沉积TiN膜研究

本文采用一种新型的等离子体浸没式离子注入 离子束增强沉积的技术(PIII IBAD),在Cr12MoV钢基体上制备出了TiN膜,对沉积膜的组织进行了光电子能谱分析,并对沉积膜进行了硬度检测、摩擦试验及磨痕形貌分析。试验结果表明,沉积膜中的组织为TiN、TiO2和Ti2O3,TiN膜具有高达Hv3200的高硬度和极其优良的摩擦性能。

一种具有n型隐埋载流子存储层的BRT新结构

提出了一种具有n型隐埋载流子存储层的基极电阻控制晶闸管(BRT)新结构。利用TCAD仿真软件对其工作机理和静态特性进行了分析,并与双栅BRT进行了性能对比。结果表明,新器件导通时会产生电子注入增强效应,由绝缘栅双极晶体管模式快速转换成晶闸管模式,当n型隐埋层浓度为8×10^(15)cm^(-3),隐埋层与p基区相接并与p++分流区距离接近时,能够有效抑制器件中的电压折回现象,获得良好的导通特性。新器件的导通压降为3.84 V,比传统器件减少了26%。

智能电网用高功率密度1500A/3300V绝缘栅双极晶体管模块

基于双扩散金属氧化物半导体(diffused metal-oxide semiconductor,DMOS)元胞设计技术,针对智能电网的需求,引入"电子注入增强"以及台面栅技术,优化了3 300 V绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)芯片的整体性能。基于该芯片制造出的1 500 A/3 300 V高功率密度IGBT模块,相对于优化前其额定电流从1 200 A上升到了1 500 A(上升了25%),同时导通压降从2.8 V下降到了2.4 V(下降了14%),最高工作结温从125℃提升到150℃。反偏安全工作区(reverse biased safe operation area,RBSOA)与短路安全工作区(short-circuit safe operation area,SCSOA)测试显示,该模块能在集电极电压为2 000 V的情况下关断3 000 A的电流,并且在栅电压为15 V、集电极电压为2 000 V的短路条件下的安全工作时间超过10?s。测试结果显示,该模块导通压降及开关损耗性能与同类型国际主流产品相当。

高压大功率电网新型MMC-STATCOM结构直流融冰装置研究

通过改进MMC-STATCOM结构可使其具有直流输出能力,实现高压大功率电网的直流融冰功能。运用三相模块化多电平换流器(Modular Multi-level Converter,MMC)的公共直流端以及MMC各相之间能量能够相互流动的特点,实现四象限运行,且模块化的设计适合用于高压、大功率的场合。应用耐压高,驱动功率小的电子注入增强栅晶体管(Injection Enhanced Gate Transistor,IEGT)作为功率子模块的开关器件,能够使装置容量得到更好的扩充,实现大电流的直流融冰和大功率的无功补偿功能。静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)也为无功补偿提供更准确和快捷的补偿能力。最后利用Matlab等仿真软件搭建三相MMC-STATCOM结构融冰装置仿真模型进行模拟仿真,结果证明此结构在电网中可稳定且快速地运行。

高压大容量静止同步补偿器功率开关器件选用分析

在电力电子装置中,大功率开关器件很大程度上决定设备的技术经济指标。以南方电网35kV/±200Mvar链式静止同步补偿器(STATCOM)工程应用为背景,介绍了电子注入增强门极晶体管(IEGT)的基本结构、工作原理和性能特性分析,并与绝缘栅双极性晶体管(IGBT)与集成门极换向晶闸管(IGCT)的参数进行对比,阐述了基于IEGT的功率相模块结构及工作原理,并对其进行了试验验证。试验结果表明IEGT具有优越性,可作为高压大容量STATCOM功率开关器件的首选。所得结论经南方电网STATCOM实际工程应用验证,可供高压大容量STATCOM设计借鉴。

IEGT——适用于STATCOM的新型大功率开关器件

IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor) ,即电子注入增强门极晶体管 ,是东芝公司于 1993年开发出的新一代电力电子器件。它具有通态压降低、门极驱动简单、开关损耗小、串联运行容易等诸多优点。可以确信 ,它将会替代IGBT和GTO ,并广泛应用于大功率电力电子设备 ,特别是FACTS设备。就其基本结构、工作原理和应用范围作了简要的介绍。

炉卷轧机主传动新型大功率IEGT逆变器

介绍了安钢炉卷轧机主传动驱动系统,主传动电机为同步电机,驱动系统选用新型大功率IEGT元件组成三电平整流器和逆变器,采用固定5脉冲分配PWM方式控制技术有效地消除了高次谐波;系统分别设置了有功电流控制器和无功电流控制器,从而实现了控制电机电流而保持逆变器输出电压的幅值不变;同GTO或IGBT变频器相比,IEGT变流装置具有外形尺寸小、集成度高、效率高,控制性能优良等优势。

基于Nakagawa极限理论的硅基IGBT通态特性研究

Nakagawa-limit是基于硅基极窄台面间距IGBT提出的理论假设,发射极区只有电子电流流过,空穴电流只对电导调制有贡献。分别引入载流子存储层和P-ring结构,通过数值模拟分析方法,研究了改进结构对通态压降的降低情况;引入虚拟元胞结构,更进一步降低通态压降。模拟结果表明,4.5kV器件通态比电阻在电流密度为500A/cm^2时可降低至27.2mΩ·cm^2,介于传统SiIGBT和Nakagawa理论预测值的中间。

IEGT的高温特性与闩锁失效分析(英文)

介绍了平面栅电子注入增强型栅极晶体管(IEGT)的闩锁效应,讨论了温度对关键特性参数如通态压降、正向阻断电压及开关时间的影响。利用ISE软件模拟了IEGT在高温下的导通特性、阻断特性和开关特性,分析了IEGT在高温下的失效原因,提出了改善其高温安全工作区(SOA)的措施。

IGBT向大容量演变的若干问题

介绍了迄今为止演变出的五代IGBT产品的特点,指出IGBT今后的发展趋势和需要进一步解决的问题。

大容量全控型压接式IGBT和IGCT器件对比分析:原理、结构、特性和应用

全控型压接式器件是大容量电力电子装备实现功率转换的核心,主要包括以集成门极换流晶闸管(integratedgate commutatedthyristor,IGCT)为代表的晶闸管类器件和以绝缘栅型双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)、注入增强栅极晶体管(injection enhanced gate transistor,IEGT)为代表的晶体管类器件。文中首先介绍并比较IGCT与IGBT(含IEGT)的芯片结构及制作工艺,然后分析对比IGCT与IGBT(含IEGT)的工作原理及封装形式。接着从工作频率、关断能力、动态耐受、器件容量、工作损耗、驱动功率、管壳防爆特性、失效短路特性、器件可靠性等9个角度出发,系统性分析不同全控型压接式器件的工作特性,最后对其应用现状及前景进行概述及展望。

IEGT高压变频器在安钢大功率同步电机变频调速中的应用

经过40年的发展,现在高性能可调速传动已经基本实现DC传动到AC传动的转变。介绍了IEGT大功率变频调速装置在安钢的炉卷轧机的主电机控制系统中的应用。

基于电力电技术的柔性交流传输设备（FACTS）

电力电子技术的发展，尤其是其中关银器件GTO(可关断晶闸管)、LTT(光控晶闸管)及IEGT（电子注入增强门板晶体管)向高电压、大功率方向的迅速发展，出现了一类为适应电力系统向远距离大容量输电而需要对其参数实施快速控制的大功率电力电子设备——柔性交流传输设备(Flexible AC Transmission Systems)，国际简称为FACTS，国内有的翻译为柔性交流输电技术，还有翻译为灵活交流输电系统，尽管其中的静止无功补偿器(SVC）早已出现，但FACTS更广阔的含义最先是由美国电力研究院(EPRI）提出的，它可使输电线路上的负荷接近其内部热极限功率，并能快速响应瞬时扰动，改善整个系统的稳定性。

压接式IEGT寄生电感对其内部并联支路均流特性的影响研究

压接式注入增强门极晶体管(press pack injection enhanced gate transistors,PP-IEGT)通过并联多个芯片增加其额定容量,然而芯片所在空间位置的差异会导致封装内寄生电感的分布不均,引发并联芯片间的电流分布不一致及热分布不均和芯片热失效。为准确分析PP-IEGT封装内寄生电感对并联芯片电流均衡性的影响,文中首先利用串联谐振曲线,提取单芯片子模组、凸台和驱动回路等组件的寄生电感,利用S参数法对测量的电感值进行验证。搭建双脉冲测试平台,结合实验数据和有限元仿真,研究寄生电感对并联芯片电流均衡性和电磁特性的影响。结果表明,寄生电感是影响电流分布的重要因素,驱动回路的寄生参数与距离栅极信号入口的长度成正比。随着PP-IEGT额定容量的增大,并联支路数量的增多,芯片间电参数不均问题更加严重;改变凸台的栅极豁角结构有助于提高电磁参数分布的均衡性。

新型IEGT串联的三电平变换器PWM脉冲方案设计

对于T型三电平变换器结构,采用电子注入增强栅晶体管(IEGT)串联可提高电压等级与功率,但带来控制系统复杂、串联器件不均压的问题。针对以上问题,设计了一种新型脉宽调制(PWM)脉冲发生方案。采用数字信号处理器(DSP)+现场可编程门阵列(FPGA)的控制板卡架构,提出一种新型状态循环算法对调制波、三角载波进行比较,可防止边沿比较产生脉冲尖刺现象。通过有源驱动控制、无源缓冲电路相结合的方案来保证IEGT器件的串联均压。实验结果表明所述PWM脉冲发生方案具有串联器件电压均衡、谐波含量少的优点。

IEGT表面压力分布及其对温升的影响研究

随着柔性直流输电的快速发展,压接型电子注入增强型栅极晶体管(IEGT)的运用越来越广泛,IEGT阀串通过外部压力实现良好的机械及电气接触,而IEGT表面压力分布不仅影响其内部芯片的电流及温度分布,还将严重影响其可靠性。基于压接型IEGT通流阀组应用工况及阀串有限元仿真模型,研究了IEGT表面压力分布情况,提取压力差值最大的两个单芯片建立并联模型,基于电-热-力三场耦合仿真分析了压力分布对器件温升的影响。通过压力均匀性试验及压力-显色密度曲线验证了有限元模型及边界条件的正确性,通流及开断试验验证了IEGT阀串设计的合理性,最后总结了器件阀串结构设计优化流程。

高压大容量链式STATCOM中IEGT功率模块的仿真分析

为了提高链式STATCOM的运行性能和可靠性,针对用于高压大容量STATCOM链节中的新型大功率器件IEGT功率模块进行仿真研究。依据生产厂家所给的典型IEGT导通特性曲线,采用线性插值方法,分析了工程中设备实际运行温度的IEGT导通特性;建立了IEGT功能模型。根据实际工程设计参数对带有缓冲电路的IEGT功率模块进行了仿真分析,讨论缓冲电路参数变化的影响。结果表明,功率模块缓冲电路中电容和电感参数变化对IEGT关断电压尖峰影响大,电阻增大尖峰的峰值明显增大,而出现尖峰的时间基本不变,这一结果可以作为STATCON工程设计中器件选用和缓冲参数优化设计的参考。

IEGT中压变频器在大功率同步电机变频调速中的应用

经过近40年的发展,现在高性能可调速传动已基本实现DC传动向AC传动的转变.本文介绍IEGT大功率变频调速装置在韶钢热轧宽板厂8 000 kW轧机主电机的应用.