高精度固态调制器绝缘栅双极晶体管驱动电路

加法器式固态调制器是一种使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)控制储能电容放电来产生脉冲高压的装置,相比传输线型调制器,具有模块化、稳定性好、寿命长等优势。但IGBT的正常工作需要利用栅极驱动电路将控制信号进行放大才能实现,驱动电路的性能直接影响IGBT的开关特性,最终影响脉冲电压质量,尤其是驱动电路的导通抖动指标,这是影响脉冲电压精度的关键因素之一。根据加法器式固态调制器中IGBT的工作特性,以提高脉冲电压精度为目标,对驱动电路进行研究。分析了开关抖动对输出电压精度的影响,介绍了设计原理,研制了驱动电路板,并利用放电模块对其工作性能进行了实验测试。测试结果表明,该款驱动电路的导通抖动为300 ps,相比1 ns的商用驱动电路抖动压缩至1/3,在1 kV充电电压下,放电模块在0.5Ω的负载上放电,形成上升时间为500 ns、导通抖动峰、峰值在5 ns以下的脉冲电压,当发生退饱和故障时,驱动电路能够在4μs时间内关断IGBT,该款驱动电路满足高精度固态调制器的工作要求。

基于传热反问题的绝缘栅双极型晶体管模块温度计算方法

在分析绝缘栅双极型晶体管(Insulated grid bipolar transistor,IGBT)模块内部传热机理的基础上,建立了集总参数的温度计算模型。采用边界元法对传热反问题的解空间进行离散。采用共轭梯度法求解传热反问题,得到较准确的等效热阻和等效热容值。该方法通过与制造商提供的IGBT模块结温实验数据和有限元方法计算的结果相比较,计算误差小于5%。

集成绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)在矿山架线式电机车调速装置中的应用

论述了绝缘栅极双极型晶体管机车调速装置的结构性能、工作原理,应用中取得的经济效益及其投资回收分析,并得知有着较大推广应用前景。

一种基于开通栅极电压的新型IGBT键合线老化监测方法

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistors,IGBT)的可靠运行是牵引变流器安全和性能的重要保障。键合线老化作为IGBT的一种常见失效模式,对其进行监测具有重要意义。文中提出一种基于开通栅极电压ugem的键合线老化监测方法,该方法可有效避免温度和负载电流带来的影响。首先,基于IGBT等效电路模型,系统分析ugem受键合线断裂影响的原因;其次,利用双脉冲测试进行验证,同时对温度和负载电流带来的影响进行分析;在此基础上,考虑到使用ugem局部特征将受到温度和电流的干扰,提出将开通栅极电压整体波形用于键合线老化的监测,并进一步利用有监督的线性判别分析进行数据降维以及采用支持向量机实现键合线断裂根数的检测。最后,通过实验对所提监测方法的有效性进行验证。

检测绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)好坏的简易方法

介绍仅用一块指针式万用表快速准确检测IGBT好坏的一种简易方法。

绝缘栅双极晶体管栅极驱动器的特性分析

本文在简述绝缘栅双极晶体管(IGBT)的特点和开关特性的基础上,分析了其栅极驱动器的结构、组成、基本原理、控制要求和过流检测等基本特性。

绝缘栅双极型晶体管有源栅极前馈驱动电路设计研究

随着科学技术的不断发展,绝缘栅双极型晶体管的应用范围也在不断拓展延伸。然而,由于电子元器件反并联二极管及杂散电感等客观因素的存在,绝缘栅双极型晶体管在开关过程中的电流过冲、电压过冲以及开关损耗等问题尤为明显。为此,设计一种绝缘栅双极型晶体管有源栅极前馈驱动电路,实现对栅极电压的实时调控,有效降低绝缘栅双极型晶体管开关过程中的过冲电压、过冲电流等。

一种用于改善IGBT开关过冲的主动栅极控制技术

绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)的广泛应用对其开关性能提出了很高的要求,传统的栅极驱动CGD(conventional gate drive)对IGBT开关过程中的电压和电流过冲调节效果有限,主要因其降低过冲总是以牺牲开关时间和开关损耗为代价。基于此,提出1种新的主动栅极驱动AGD(active gate drive)控制方法,用于抑制IGBT开关过程中产生的电流和电压过冲,其原理是在IGBT高di/dt和dv/dt阶段主动调节驱动电压,减小电流和电压的变化率,从而抑制电流和电压过冲。实验结果表明,相比传统驱动方法,所提方法可在基本不降低开关速度和不增加开关损耗的同时,显著降低IGBT开关过程中的电流和电压过冲。

550 V无电压折回逆导型横向绝缘栅双极晶体管器件设计

逆导型横向绝缘栅双极晶体管(RC-LIGBT)由于高电流密度、小封装成本等优点,成为了功率器件领域内主流器件之一,然而其会受到电压折回现象的不利影响。本文提出了一种基于绝缘体上硅技术的RCLIGBT器件,将续流二极管集成在位于埋氧层下的衬底,利用埋氧层的隔离特性实现了IGBT与续流二极管之间的电学隔离,进而实现了完全消除电压折回现象。仿真结果显示:在几乎相同的耐压和反向导通能力下,由于更小的器件尺寸,本文提出的器件获得了更高的电流密度;本文器件的导通压降与关断损耗分别相比于传统器件降低14.4%和62.2%,实现了更好的导通压降与关断损耗的折中。

辐照对SOI NMOS寄生双极晶体管的影响。

在埋氧化层厚度不同的SIMOX衬底上制备了H型栅结构器件。经过总剂量辐照后,器件的正栅亚阈值特性无明显变化,背栅亚阈值特性发生平移,但均未发生漏电,说明其抗辐照性能超过1E6rad(Si)。辐照后器件的寄生双极晶体管增益有所增大,并且与背栅阈值电压的变化趋势相似,可能是由于埋氧化层中的正电荷积累使体区电位升高,提高了发射极的发射效率。

3300V碳化硅肖特基二极管及混合功率模块研制

基于数值仿真结果,采用结势垒肖特基(JBS)结构和多重场限环终端结构实现了3 300 V/50 A 4H-Si C肖特基二极管(SBD),所用4H-Si C外延材料厚度为35μm、n型掺杂浓度为2×1015cm-3。二极管芯片面积为49 mm2,正向电压2.2 V下电流达到50 A,比导通电阻13.7 mΩ·cm2;反偏条件下器件的雪崩击穿电压为4 600 V。基于这种3 300 V/50 A 4H-Si C肖特基二极管,研制出3 300 V/600 A混合功率模块,该模块包含24只3 300 V/50 A Si IGBT与12只3 300 V/50 A 4H-Si C肖特基二极管,Si C肖特基二极管为模块的续流二极管。模块的动态测试结果为:反向恢复峰值电流为33.75 A,反向恢复电荷为0.807μC,反向恢复时间为41 ns。与传统的Si基IGBT模块相比,该混合功率模块显著降低了器件开关过程中的能量损耗。

超薄顶硅层SOI基新颖阳极快速LIGBT

提出一种利用浅槽隔离(STI)技术的超薄顶硅层绝缘体上硅(SOI)基新颖阳极快速横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT),简称STI-SOI-LIGBT。该新结构器件整体构建在顶硅层厚度为1μm、介质层厚度为2μm的SOI材料上,其阳极采用STI和p+埋层结构设计。新器件STI-SOI-LIGBT的制造方法可以采用半导体工艺生产线常用的带有浅槽隔离工艺的功率集成电路加工技术,关键工艺的具体实现步骤也进行了讨论。器件+电路联合仿真实验说明:新器件STISOI-LIGBT完全消除了正向导通过程中的负微分电阻现象,与常规结构LIGBT相比,正向压降略微增加6%,而关断损耗大幅降低86%。此外,对关键参数的仿真结果说明新器件还具有工艺容差大的设计优点。新器件STI-SOI-LIGBT非常适用于SOI基高压功率集成电路。

IGBT用双组分加成型有机硅凝胶的国产化研究

以自制乙烯基硅油和含氢硅油为原材料,研发了一种用于IGBT灌封的双组分加成型硅凝胶,对硅凝胶进行了物理性能表征、电性能测试以及IGBT模块认证实验,并与国外同类产品进行了对比。结果表明,国产IGBT用硅凝胶的综合性能达到进口硅凝胶的水平,可进行工程化应用。

中高压SiC IGBT智能栅极驱动研究及应用

提出一种电流源型智能化抗电磁干扰(EMI)的有源中压栅极驱动电路,该驱动电路采用传统驱动芯片集成设计而来,不仅可提供先进的栅极驱动,且具备隔离保护和状态监测功能。采用15 kV中压SiC绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件设计双脉冲测试平台进行对比传统电压源型驱动的实验,测试结果显示所提电流源型驱动在有效降低损耗的情况下,兼顾改善电流变化率,并具备快速关断和降低保护响应时间的优势。

SOI-LIGBT寄生晶体管电流增益的研究

采用二维器件模拟仿真软件Tsuprem4和Medici模拟了SOI-LIGBT的n型缓冲层掺杂剂量、阳极p+阱区长度、漂移区长度以及阳极所加电压对SOI-LIGBT寄生晶体管电流增益β的影响,通过理论分析定性的解释了产生上述现象的原因和机理,并且通过实验测试结果进一步验证了分析结论的正确性。其中,n型缓冲层掺杂剂量对电流增益β的影响最为明显,漂移区长度的影响最弱。基本完成了对SOI-LIGBT寄生晶体管电流增益β主要工艺影响因素的定性分析,对于SOI-LIGBT的设计有一定的借鉴意义。

一种新型可调驱动电压的SiC/Si混合开关驱动电路

为提高碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbide metal oxide semiconductor filed effect transistor,SiC-MOSFET)与硅基绝缘栅极双极晶体管(silicon insulated gate bipolar transistor,Si-IGBT)并联混合开关(SiC/Si hybrid switch,SiC/Si HyS)的可靠性与适用性,该文提出一种可变驱动电压的SiC/Si HyS栅极驱动电路结构,采用一路脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)控制信号和一个驱动芯片产生不同电压幅值的栅极控制信号,分别控制SiC/Si HyS中的SiC-MOSFET和Si-IGBT。相比于传统采用2个独立驱动电路的SiC/Si HyS驱动结构,该驱动电路大幅度降低SiC/Si HyS栅极驱动电路的复杂度,降低SiC-MOSFET关断过程中Si-IGBT误导通的可能性,提升混合开关的工作可靠性。该文首先分析所设计驱动电路工作原理,给出驱动电压调节方法;其次,建立耦合电容端电压纹波和系统启动时电容端电压暂态数学模型,通过仿真和实验验证模型准确性;搭建2 kW的SiC/Si混合开关Buck电路,验证该文所提混合开关驱动电路可行性,从SiC/Si HyS功率器件关断损耗、驱动电路功率损耗、成本以及体积4个方面分析所提驱动结构的优势。

压接型IGBT内部栅极电压一致性影响因素及调控方法

压接型绝缘栅双极晶体管(IGBT)的驱动印制电路板(PCB)寄生参数不一致会引起瞬态过程中内部IGBT芯片栅极电压不一致,芯片不能同时开通,造成芯片的瞬态不均流。结合压接型IGBT驱动PCB结构及运行工况,建立了包含驱动源、芯片模型、驱动PCB的一体化电路模型,分析了栅极内电阻、栅射极电容以及驱动电阻对驱动电压一致性的影响。在此基础上提出了驱动PCB电感匹配、并联芯片数匹配以及集中电阻补偿的驱动PCB的调控方法,以实现对栅极电压一致性的有效调控。研究表明驱动电阻是造成芯片栅极电压不一致的主要因素。利用上述调控方法可将芯片开通时间的不均衡度由79.2%分别降低至2.86%、7.1%和7.5%,实验验证了所提出的驱动PCB调控方法的有效性。

隔离栅极驱动器

Si828x隔离栅极驱动器系列产品，其设计旨在保护电源逆变器和电机驱动应用中敏感的绝缘栅双极晶体管（IGBT）。Si828x系列产品在具有成本效益的单个器件中集成了可靠的隔离、先进的栅极驱动技术和快速过流监视能力，该设计旨在保护昂贵的IGBT开关。

美开发出新型省电晶体管

美国国际商用机器公司(IBM)前些日宣布,首次成功利用“绝缘体上硅”技术设计出硅锗双极晶体管,它的速度达到现有硅锗双极晶体管的4倍,能耗比后者降低80％,有望用于制造下一代高性能移动电话等设备。 IBM公司发布的新闻公报介绍说。

德州仪器栅极驱动器旨在满足IGBT与SiCFET设计需求

日前，德州仪器（TI）宣布推出业界首款面向绝缘栅双极晶体管（IGBT）与碳化硅（SiC）FET的35v单通道输出级电源管理栅极驱动器。T1支持拆分输出的最新UCC27531与UCC27532输出级栅极驱动器可为隔离式电源设计提供最高效率的输出驱动功能、最低的传播延迟以及更高的系统保护力，以充分满足太阳能DC／AC逆变器、不问断电源供应以及电动汽车充电等应用需求。