具有自适应浮空分裂栅IGBT的特性研究

为降低传统绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关损耗E_(SW),提出了一种具有自适应浮空分裂栅的IGBT结构(AFSG-IGBT),并进行了仿真研究。此结构在传统载流子存储沟槽栅双极晶体管结构(CSTBT)的基础上,在沟槽栅中集成了分裂栅和P型结型场效应晶体管(JFET)。栅极与P型JFET相互耗尽,可以大幅降低米勒电容C_(GC),并且降低E_(SW)。在AFSG-IGBT导通时,P型JFET的沟道被夹断,使分裂栅保持在浮空状态,从而保证足够的注入增强效应。仿真结果表明,相比于CSTBT,AFSG-IGBT在高集电极电压下C_(GC)降低了79.7%,栅极电荷Q_(g)降低了52.6%。在导通压降(V_(ON))为1.4 V和集电极电流为100 A/cm^(2)的条件下,AFSG-IGBT的开通损耗E_(on)和关断损耗E_(off)分别比CSTBT低了37.1%和28.5%,并且该结构在驱动电阻分别为5Ω和10Ω时都显示出更优良的V_(ON)-E_(SW)折中关系。

Improvement on Switching Characteristics and Switching Losses of IGBT by ZVS-PWM

Absrtact: The principle of ZVS - PWM inverting circuit is first described by means of inverting welder supply. The contrastive study is made on switching characte -ristics and switching losses of IGBT between ZVS - PWM and hard - switching.

基于TCAD的IGBT温度特性模拟研究

为测试绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)在工作中的温度特性,利用基于有限元方法的TCAD,模拟仿真了IGBT在不同温度下的静态特性及开关特性,结合硅的热疲劳机理及IGBT损耗分析对IGBT的温度特性进行理论研究,并建立沟槽栅IGBT模型,将IGBT所处温度作为变量,调节设置IGBT工作温度,通过监测栅极电压、集电极电压及集电极电流等参数,得到IGBT在不同温度下的转移特性曲线、输出特性曲线、击穿特性曲线和开关特性曲线,验证与分析理论研究的合理性与准确性。研究结果表明,高温度对IGBT的正常工作具有十分显著的影响,过高的温度可能会导致IGBT出现提前开通、开关难以控制、损耗增大,甚至器件损坏的结论。该研究工作对提高大功率IGBT高温工作稳定性具有参考意义。

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。

IGBT开关特性离线测试系统

介绍一套容量为1200V/150A的绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)开关特性离线测试系统。该测试系统包括器件开关特性的硬件测试平台和开关损耗建模软件平台两部分。硬件测试平台将计算机作为控制中心,根据用户在LabVIEW界面上选择的母线电压、集电极电流、门极电压、门极电阻以及温度等参数,通过RS232接口控制DSP完成开关特性测试,通过GPIB接口设置示波器,保存记录的波形。软件建模平台利用记录的电压、电流波形数据,采用3种平均模型(幂函数模型,幂函数与多项式结合的模型,神经网络模型)建立开关损耗模型。该系统实现了电力电子器件开关特性测量和损耗模型建立,方便用户预测工作范围内任一测试条件下的器件开关损耗。

中高压IGBT开关特性的遗传神经网络预测

中高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开关特性在电力变换器设计、变换器性能、效率和寿命改善中至关重要。本文基于中高压功率模块离线测试平台的数据,分析了工作环境如门极电压、门极电阻、集电极电压、工作电流和器件结温等参数对IGBT在感性负载电路中开关特性的影响,对开关特性各参数建立了基于遗传算法优化的误差反向传播多层前馈神经网络模型,实现了在额定值范围内对各种环境条件下的IGBT开关特性参数如开关时间、开关损耗、最大电流尖峰和最大电压尖峰的可靠预测。

IGBT开关瞬态的温度特性与电热仿真模型

由于半导体的材料特性随温度的变化发生改变,采用硅材料制造的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作特性受温度的影响也十分显著,开关瞬态过程将随温度发生较大变化。针对不同温度下的开关过程开展了测试实验,发现IGBT的开通与关断瞬态具有不同的温度特性,根据实验现象对IGBT的开关过程进行了分析,得出IGBT开关瞬态的温度特性主要是受载流子寿命影响的结论。对IGBT电热模型的基本原理以及现有模型方法进行了分析,根据实验中得出的结论,提出了一种改进的IGBT电热模型。基于该模型对IGBT关断时的电流拖尾过程以及整个开关瞬态过程开展了电热仿真分析,通过仿真波形与实测波形的比较,验证了实验中得出的结论以及该模型的准确性。

基于DSP的IGBT固态断路器设计与优化

提出了一种利用绝缘栅双极晶体管IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)构成的固态断路器,并且针对IGBT的特性提出了采用数字信号处理器DSP(DigitalSignalProcessor)芯片对其实现控制的方法。对交流的过零检测及在任意时刻导通和关断控制IGBT给出了设计思想。介绍了在固态断路器中采用改进半波傅氏算法实现对交流量采样及计算,以实现对IGBT固态断路器监测的原理,还给出了对IGBT控制的信号逻辑关系并对其进行了仿真。利用EXB841设计了IGBT静态开关的驱动和保护电路,经过试验可以满足对IGBT的控制、驱动和保护的要求。

PWM方式开关电源中IGBT的损耗分析

描述了ＰＷＭ 方式开关电源中ＩＧＢＴ 的工作特点，介绍了损耗的简便测量及分析方法，为ＩＧＢＴ 的选择和热设计提供了参考。

IGBT开关过程仿真分析中的PSPICE应用研究

本文针对绝缘栅双极型晶体管（ＩＧＢＴ）的半导体特性，提出了一种宏模型结构，通过参数的合理选择， 使得这种宏模型的外特性与ＩＧＢＴ的特性基本相似。并扩展设计了一种读取ＰＳＰＩＣＥ输出数据以计算ＩＧＢＴ工 作过程中的动态和静态功耗的方法，同时应用宏模型对一种ＩＧＢＴ斩波器的缓冲电路进行了优化设计。

基于光伏充电的低压混合式断路器设计及仿真

直流断路器是实现直流系统电流故障清除和隔离的关键设备。基于人工过零点的直流断路器熄弧时刻具有不确定性,且换流电容需要更换辅助电源,降低断路器可靠性,增加维护成本。为此,在传统直流断路器基础上,提出了一种基于光伏充电的混合式直流断路器拓扑结构设计方案。该方案在断路器过零点未熄弧时闭锁IGBT开关,加速电弧熄灭,并设计光伏储能供电系统为换流电容预充电能,以保障断路器持续运行。同时对所提断路器的拓扑结构、开断时序、拓扑参数进行了设计,基于MATLAB/Simulink实验平台建立了150 V混合式直流断路器模型,讨论IGBT开关器件闭锁时刻及电阻电容二极管(resistance-capacitance diode,RCD)缓冲电路对断路器开断的影响。在此基础上,通过仿真实验分析了正常和短路工况下断路器开断过程,验证了所提方案的可行性。

基于IGBT的混合式自动转换开关研究

对目前国内外自动转换开关的发展情况以及性能进行了分析和比较,在深入研究新型混合式断路器的基础上,阐述了一种基于IGBT混合式自动转换开关(HATS)的结构和工作原理,重点研究了该HATS的本体开关部分的合闸、分闸及限压特性,针对其动作特性,搭建实验平台模拟了该HATS的并联切换和串联切换方式,并具体分析和比较了2种不同切换方式的性能,实验结果表明:该HATS在保持机械转换开关静态特性的同时,其合闸和分闸动作的快速性、一致性及动作时的限压性能均得到改善。

IGBT模块开关损耗计算方法综述

IGBT模块开关损耗计算方法有基于物理方法的损耗计算法和基于数学方法的损耗计算法。基于物理方法的损耗计算是采用软件仿真的办法建立相应的物理模型得到开关动态波形,计算损耗;基于数学方法的损耗计算是采用各种数学的方法建模,计算损耗。对各种开关损耗计算法进行讨论,并给出其相应的优缺点。

激光器用 IGBT 开关电源的分析与设计

重点分析了ＹＡＧ激光器串并联混合谐振型逆变开关电源的结构和性能。在电路分析中，考虑了整流元件的非线性特性；给出了谐振电流在不同状态下的过渡过程方程；

大功率IGBT串联电压不平衡机制研究

随着电力电子技术及其应用的快速发展,高压大功率换流器的应用越来越多。大功率绝缘栅双极晶体管(insulation gate bipolar transistor,IGBT)串联是实现高压大功率自换相换流器的一个重要基础。大功率串联IGBT运行中,最难解决的是串联IGBT之间的电压不平衡问题。为推进高压大功率换流器的研究,对大功率串联IGBT中器件间的电压不平衡机制进行了系统的研究。根据IGBT阀在串联运行时的主要静态、动态过程,结合IGBT自身的特性,得出了影响产生串联IGBT电压不平衡的各个因素,并对各个元件间的电压不平衡度进行分析,为进行串联IGBT电压平衡化的控制打下基础。

基于BP神经网络的IGBT模块开关损耗求解

如何准确求解绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的开关损耗值,是电力变换器性能和寿命研究中的关键问题之一。针对现有IGBT开关损耗模型难以准确求解开关损耗值的缺陷,引入了基于粒子群算法优化的误差反向传播(BP)前馈神经网络模型。将影响开关损耗的5个主要因素(集射工作电压、集电极电流、驱动电压、驱动电阻、结温)作为BP神经网络的输入向量,并采用粒子群算法优化网络的初始权值与阀值,通过共轭梯度法的学习规则加速收敛,从而获得开关损耗的精确求解值。该模型实现了在额定值范围内对各种工况下的IGBT模块开关损耗值的可靠预测,其在100组测试验证样本下所出现的最大误差比率为3.85%。

IGBT动态电力电子开关的研制

针对动模实验室传统电磁式接触器的缺点 ,设计出一种能够由计算机或单片机控制的新型 IGBT动态电力电子开关 ,分析了该开关的结构、原理、驱动电路、保护措施等 ,并进行了动模实验 ,最后报道了该开关的前景。

基于IGBT开关的超导电感脉冲输出实验研究

为实现高温超导电感脉冲功率输出,在对多种断路开关特性比较的基础上,提出了基于IGBT开关的超导电感模块化脉冲输出方案。在该方案的基础上建成了一套基于IGBT开关的脉冲输出回路,利用实验室的高温超导磁体进行了一系列的试验,最终在负载上得到峰值约为40 A,上升沿约为200μs的单电感放电脉冲波形和多电感放电叠加的脉冲波形。试验结果表明,用IGBT作为断路开关控制磁体能量以实现脉冲功率输出的技术方案是可行的。

IGBT驱动保护电路的设计与测试

在分析了绝缘栅双极性晶体管(IGBT)动态开关特性和过流状态下的电气特性的基础上,对常规的IGBT推挽驱动电路进行了改进,得到了具有良好过流保护特性的IGBT驱动电路。实践应用证明该电路结构简单,使用可靠,易于操作,配合数字信号处理器(DSP)等控制芯片能达到很好的驱动效果。

PWM方式开关电源中IGBT的损耗分析

指出PWM方式开关电源中IGBT的工作特点 ,介绍损耗的简便测量及分析方法 。