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。

新型载流子积累的逆导型横向绝缘栅双极晶体管

通过引入n^(+)阳极在体内集成续流二极管的逆导型横向绝缘栅双极晶体管(reverse-conducting lateral insulated gate bipolar transistor,RC-LIGBT)可以实现反向导通,并且优化器件的关断特性,是功率集成电路中一个有竞争力的器件.本文提出了一种新型载流子积累的RC-LIGBT,它具有电子控制栅(electron-controlled gate,EG)和分离短路阳极(separated short-anode,SSA),可以同时实现较低的导通压降和关断损耗.在正向导通状态,漂移区上方的EG结构可以在漂移区的表面积累一个高密度的电子层,从而大大地降低器件的导通压降.同时,SSA结构的使用还极大优化了器件的关断损耗.另外,低掺杂p型漂移区与SSA结构配合,可以简单地实现反向导通并且消除回吸电压.仿真结果表明,所提出的器件具有优秀的导通压降与关断损耗之间的折衷关系,其导通压降为1.16 V,比SSA LIGBT低55%,其关断损耗为0.099 mJ/cm^(2),比SSA LIGBT和常规LIGBT分别低38.5%和94.7%.

兼具高电流增益和高击穿性能的电荷等离子体双极晶体管

为了兼顾高电流增益β和发射极开路集电结的高击穿电压V_(CBO)与基极开路集电极-发射极间的高击穿电压V_(CEO),有效提升电荷等离子体双极晶体管(bipolar charge plasma transistor,BCPT)的高压大电流处理能力,利用SILVACO TCAD建立了npn型BCPT的器件模型。考虑到双极晶体管的击穿电压主要取决于集电区掺杂浓度,首先研究了集电极金属对BCPT性能的影响。分析表明,BCPT集电区的电子浓度强烈依赖于电极金属的功函数,当采用功函数较大的铝(Al)作为集电极金属时,由于减小了金属-半导体接触的功函数差,降低了集电区中诱导产生的电子等离子体浓度,从而有效降低了集电结空间电荷区峰值电场强度,减小了峰值电子温度以及峰值电子碰撞电离率,因此,达到改善击穿电压V_(CBO)和V_(CEO)的目的。然而,集电区电子浓度的减小会引起基区Kirk效应,增大基区复合,降低β。为此,进一步提出了一种采用衬底偏压结构的BCPT,通过在发射区和基区下方引入正衬底偏压,调制发射区和基区有效载流子浓度,达到提高发射结注入效率、增大β的目的。结果表明:与仅采用锆(Zr)作为集电极金属的BCPT相比,该器件的峰值电流增益改善了21.69%,击穿电压V_(CBO)和V_(CEO)分别改善了12.78%和56.41%,从而有效扩展了BCPT的高功率应用范围。

低温高注入硅双极晶体管电流增益的定量模拟

本文考虑了基区复合电流，发射结空间电荷区复合电流，基区高注入引起的禁带变窄效应，Ｅａｒｌｙ效应，基区和发射区电导调制效应，有效基区展宽效应以及发射区电流集边效应，定量地模拟了硅双极晶体管电流增益在７７Ｋ和３００Ｋ时与集电极电流的关系，并且与实验结果相吻合，计算还表明在低温７７Ｋ时，电流增益的大注入效应由基区电导调制效应和发射区电流集边效应决定，而在３００Ｋ时则由有效基区展宽效应决定。

绝缘栅双极型晶体管感性负载关断下电压变化率的建模与仿真研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)多用于感性负载下的电力电子线路中,这导致了在器件关断过程中集电极电压上升阶段时集电极电流仍然保持在额定电流值,从而造成大量的能量损耗.集电极电压的上升过程可以看作是栅极电流对集电极与栅极之间的电容(即米勒电容)充电的过程.本文提出一种解析模型,通过计算米勒电容值随时间的变化来预测IGBT在关断过程中集电极电压值的变化.在对米勒电容的计算上,不仅考虑了电容值与其端电压之间的依赖关系,同时也考虑到关断过程中耗尽区存在的大量载流子对电容值的影响,使得模型更加准确.最后,运用数值计算仿真软件对绝缘栅双极型晶体管的关断过程进行了模拟,对本文提出的模型进行了验证.仿真结果与模型计算结果显示出良好的一致性.

低温下硅双极晶体管击穿电压的温度特性与分析

给出了从２００～１０Ｋ低温下，硅双极晶体管击穿电压随温度而变化的实验结果，建立了理论模型，并对实验结果作出合理解释。

高频电容器充电电源绝缘栅双极晶体管吸收电路

高频化是提升电源功率密度的有效方法。为了保护高频电容器充电电源中的开关器件,以串联谐振式电容器充电电源为基础,研究了绝缘栅双极晶体管(IGBT)尖峰电压的产生机理及影响因素。介绍了几种抑制尖峰电压的方法,着重分析了IGBT吸收电路的基本原理,并进行了参数设计。结合仿真软件,对吸收电路的参数进行了优化,将仿真结果和40 kW,50 kHz电容器充电电源样机的实验结果进行对比,验证了提出方案的可行性。

绝缘栅双极晶体管固体开关技术研究

采用二只1.2kV,75A的绝缘栅双极晶体管(IGBT)串联,对用于加速器的IGBT固体开关技术进行了研究;通过采取动态电压和静态电压平衡措施来解决IGBT串联中的瞬态电压平衡问题。在不同工作条件下,串联IGBT开关工作性能稳定,重复性好。在纯阻性负载上得到了上升时间约300ns、下降时间约1 64μs、峰值电压1.8kV的输出。

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。

适用于大功率绝缘栅双极型晶体管的两段式有源门极关断技术的研究

针对大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)应用中存在的关断过电压问题,提出了一种两段式有源门极关断技术。在IGBT关断过程中,通过在IGBT集电极和门极之间使用2个小容值的高压陶瓷电容和一串瞬态抑制二极管(TVS),在不同关断阶段,获得2个差别较大的门极反馈增益,从而达到限制关断过电压和控制关断电压上升率的目的。在Saber仿真环境中,与其它有源门极关断技术进行了充分比较和研究。

基于电容分段反馈的绝缘栅双极型晶体管门极驱动

将绝缘栅双极型晶体管(IGBT)关断过程分解为多个阶段,对IGBT关断过程中电压上升和电流下降采取分阶段电容耦合反馈从而独立控制dv/dt和di/dt,实现电磁辐射和关断电压反峰的双重约束。基于Pspiece模型仿真出不同反馈电容及门极电阻下的开关损耗和关断电压反峰,绘制出了相互之间的关系曲线,同时提出了一套优化系统参数的计算方法。选取英飞凌FS400R07A1E3_H5型IGBT模块,设计出了具备电容反馈的驱动电路,实验结果表明:在通过IGBT电流为400A的情况下,采取电容反馈的驱动电路将反峰电压降低80V左右,模块温升有所降低,验证了本文方法的正确性。

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。

一种电场调制载流子存储槽栅双极型晶体管

提出了一种性能优良的电场调制载流子存储槽栅双极型晶体管(CSTBT)。结合电场调制原理,在器件的载流子存储(CS)层引入P掺杂条,改善器件栅极下方氧化硅拐角处的电场分布,防止器件提前发生雪崩击穿,提高了器件的击穿电压。器件处于关断状态时,内部大量的空穴载流子通过CS层中未完全耗尽的P掺杂条到达发射极,抑制了CS层阻挡空穴的作用,有效提高了器件的关断速度。与传统CSTBT器件相比,改进器件的击穿电压值提高了379V,关断时间缩短了19.1%,器件性能大幅提高。

基于SiC的NPN双极型晶体管设计

利用高禁带宽度的SiC材料,设计了一种基于SiC的NPN双极型晶体管,该晶体管采用多层缓变掺杂基区结构实现。在完成晶体管结构设计基础上,仿真分析了晶体管的直流电流增益、击穿特性以及频率特性。在工艺方面,设计完成了晶体管制备工艺流程与版图。仿真结果表明,SiC双极型晶体管具有击穿电压高(BV_(CEO)=900 V)、特征频率高(f_T=5 GHz),晶体管增益适中(β=33)等特点。

AUIRG7CH80K6B-M：汽车级绝缘栅双极晶体管

IR推出采用焊前金属（SFM）的1200V绝缘栅双极晶体管（IGBT）AUIRG7CH80K6B—M，适用于电动汽车（EV）、混合电动汽车（HEV）和中功率驱动器中的高电流、高电压汽车逆变器模块。

绝缘栅双极型晶体管——IGBT

IGBT兼具MOSFET管电压激励和达林顿管饱和电压低的特点,作为一种新型的大功率器件在逆变焊机,三相马达变频器,开关电源、UPS电源方面获得广泛的应用。本文阐述了IGBT的特点,并与MOSFET进行详细的比较,最后就IGBT在开关电源中运用的可能性进行了论述。IGBT的特征IGBT是既具有MOSFET的高速和电压驱动特性,又具有双极晶体管饱和电压低的高压大功率器件。1985年,第1代IGBT为500V25A级。第二年又开发出耐压1000V的产品,开始用于低噪音变换器。

如何保护绝缘栅双极型晶体管(IGBT)

许多产品中的IGBT用于转换电源，包括变频器、伺服驱动器、电动汽车、公交车和卡车、火车、医疗器械（X射线和核磁共振设备）、空调以及专业音频系统。

IR推出采用焊前金属的汽车级绝缘栅双极晶体管

国际整流器公司（IR）日前宣布推出采用焊前金属（Solderable Front Metal，SFM）的1200V绝缘栅双极晶体管（IGBT）AUIRG7CHSOK6B—M，适用于电动汽车（EV）、混合电动汽车（HEV）和中功率驱动器中的高电流、高电压汽车逆变器模块。

东营科英绝缘棚双极晶体管项目获国家补助资金1500万元

近日，东营科英激光电子有限公司近日收到山东省发展和改革委员会“鲁发改高技[2008]483号”文《转发国家发展改革委办公厅关于新型电力电子器件产业化、生物产业基地生物医学工程高技术产业化专项项目的复函的通知》：经国家发展和改革委员会审核，东营科英激光电子有限公司绝缘栅双极晶体管产业化项目列入国家高技术产业发展项目计划及国家资金补助计划，并获得国家补助资金1500万元。