逆导型IGBT电压回跳现象在电路应用中的影响分析

逆导型IGBT(RC-IGBT)是一种新型功率半导体器件,实现了IGBT和续流二极管的片内集成,具有体积小、成本低、功率密度高、正温度系数、良好的功率循环能力和关断特性等诸多优势。RC-IGBT正向导通时存在电压回跳现象,建立物理模型详细分析其产生机理及影响因素,得出了缓冲层掺杂浓度是决定回跳电压大小的重要因素。进一步通过控制变量法,利用TCAD仿真软件,从导通特性、并联均流特性和开关特性三个方面详细测试,分析了具有不同程度回跳现象的RC-IGBT在实际电路应用中的影响。通过合理的参数选择,可将回跳电压控制在可接受的范围内,并提高了器件的综合性能,为RC-IGBT设计优化和实际应用提供了有价值的参考和理论指导。

应用逆导型IGBT二极管退饱和控制的单相牵引变流器

与普通IGBT模块不同,逆导型IGBT(RC-IGBT)在同一个芯片上集成了二极管与IGBT,增强了相同封装面积的电流承受能力。同等电气参数和封装尺寸下,RC-IGBT芯片数量减少,模块通流能力和散热性能大大提高。对RC-IGBT的集成二极管进行退饱和控制,可以明显降低二极管的反向恢复损耗。该文在牵引变流器上施加二极管退饱和脉冲控制,以实现PWM整流输出工况下RC-IGBT总损耗降低。分析了加入退饱和脉冲控制的牵引变流器的工作原理以及损耗计算方法,并通过仿真计算证明了该方法可比普通IGBT更有效地降低损耗,即使用RC-IGBT并采用二极管退饱和控制的牵引变流器,相比普通IGBT变流器,电流耐受力更高,温升和散热特性更好。

逆导型IGBT发展综述

该文概述垂直型RC-IGBT自发明以来的主要发展和当前的主要研究问题,包括:IGBT正向输出特性的Snap-back抑制、RC-IGBT关断及二极管反向恢复动态波形优化、器件纵向漂移区载流子浓度分布优化、器件横向载流子密度及电场分布均匀性优化、器件工作时的温度特性、工艺问题及器件仿真问题等。文中同时简要介绍ABB、英飞凌、三菱及富士推出的最新一代逆导型IGBT器件的器件特性及结构特征。

逆导型IGBT技术发展综述

由于逆导型IGBT（RC-IGBT）具有尺寸小、功率密度高、成本低等诸多优点,因此引起人们的广泛关注和研究。侧重适用于电网应用的高压器件,回顾了RC-IGBT的技术发展,包括原始结构和工作原理、回跳问题的解决、背面掺杂优化、二极管性能优化等方面的内容。基于引导IGBT区结构,还进一步综述了RC-IGBT的功耗优化、关断软度、短路坚固性、二极管浪涌电流和温度特性等性能优势。各方面的技术进步,有望使RC-IGBT在包括电网应用的各种领域中充分发挥其性能优势。

逆导型沟槽FS IGBT的设计与实现

逆导型沟槽场终止绝缘栅双极型晶体管(RC Trench FS IGBT)是一种新型的功率半导体器件,具有成本低、体积小、可靠性高等优点。设计并实现了一款1 200 V逆导型沟槽FS IGBT。重点研究了逆导型绝缘栅门极晶体管(RC IGBT)特有的回扫现象,以及如何从结构设计上消除回扫现象,其次,对RC IGBT在不同的载流子寿命下,进行了开关特性、反向恢复特性的仿真。研究结果发现随着载流子寿命的降低,其开关时间、反向恢复特性都有一定程度的改善。依据器件的最优化设计进行了流片。测试结果验证了不同设计对电流回扫现象的影响,以及不同少子寿命下导通特性和反向恢复特性的变化规律,器件的性能得到优化。

为什么逆导型IGBT可以用于大功率CCM模式PFC电路

对于功率因数校正(PFC),通常使用升压转换器Boost拓扑结构。它可以最大限度地减少输入电流的谐波。同时IGBT是大功率PFC应用的最佳选择,如空调、加热、通风和空调(HVAC)以及热泵。理论上,在连续导通模式(CCM)下,通过IGBT反向续流永远不会发生。然而,在轻负载或瞬态条件下,由于升压电感Lboost和IGBT的输出电容Coss之间的共振,会有反向电流流过。

具有三明治集电极结构的新型无电压回跳半超结RC-IGBT

提出了一种具有三明治集电极结构的半超结RC-IGBT(SSS-RC-IGBT),该结构通过在N+buffer层和P+/N+集电区之间引入高阻N-layer,增大了集电极短路电阻。通过引入集电极侧的半超结,减小了漂移区的电阻,从而消除了器件的电压回跳现象。Sentaurus仿真结果表明,本结构中N/P柱的柱深为70μm,N/P柱的掺杂浓度为3×10^15 cm^-3。高阻N-layer的厚度为5μm,掺杂浓度为5×10^13cm^-3时,器件不会发生电压回跳现象。由于所提出的器件能够完全开启且具有更高的注入效率,器件正向导通压降降低了9.7%。在正向导通电流密度为100 A/cm^2的条件下进行关断时,器件的关断损耗降低了30.6%。同时,器件具有更优的Vce-Eoff折中特性和反向恢复特性。

应用于车载变流器的RC-IGBT工作特性

逆导型IGBT(RC-IGBT)是将IGBT功能与续流二极管功能集成在一个芯片上,实现了在相同封装体积下,可获得更大的功率密度,由于IGBT与二极管紧密的移相热耦合,在相同散热条件下,RC-IGBT允许的工作结温更高。同时,RC-IGBT的本征二极管还受到栅极电压控制,通过栅极电压控制策略,可以降低器件损耗,优化系统特性。介绍了RC-IGBT的基本工作原理和二极管退饱和控制特性,研究了RC-IGBT应用于变流器系统的损耗优化控制策略,分析了应用RC-IGBT的单相脉宽调制(PWM)整流器的工作特性与损耗特性。通过一个具体的应用工况运行仿真,分析对比了RC-IGBT和普通IGBT在PWM整流器应用中的损耗特性。结果显示,应用RC-IGBT后总体损耗有所降低,验证了RC-IGBT退饱和脉冲控制的有效性。

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。

采用TCAD改善功率开关特性的仿真教学

为了实践我国新工科教育和成果导向教育,教学模式和教学内容需要做出相应的更新。针对“电力电子技术”课程中功率开关部分授课内容和授课手段比较薄弱的现实问题,以逆导型IGBT的物理结构、开关特性以及抑制电压回跳现象为例,给出采用计算机辅助分析软件Silvaco TCAD辅助分析功率开关特性的教学手段,并邀请有经验的研究生课上和课下示范讲解软件使用规范和技巧,激发学生的学习兴趣和热情。

开关损耗与温升的PLECS仿真分析

借助仿真分析工具可验证理论分析的正确性,还能为实验研究过程提供有价值的经验。为培养知识全面型人才,电气工程专业学生应学会使用电磁热多域仿真软件,分析电力电子变换电路控制系统与功率器件的电、热特性。以双边LCC谐振网络无线输电系统中SiC功率MOSFET、逆导型开关(RC-IGBT)为例,基于热传导理论和连续网络热路模型(Cauer模型),给出如何采用PLECS进行功率器件热建模、损耗分析和温升计算。