绝缘栅双极型晶体管(IGBT)驱动及保护电路的研究

介绍了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的电气特性和对栅极驱动的要求，结合IGBT模块的电气特性对IGBT驱动电路和保护电路的设计进行了分析和讨论，并给出了一些典型电路以供大家参考。     

绝缘栅双极型晶体管失效机理与寿命预测模型分析

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的主要失效机理,特别是键合引线失效过程,采用高速红外热成像仪对键合引线失效过程的结温温度场分布实时探测试验,同时对IGBT模块电气与传热特性进行监控,发现IGBT在高结温与高温度梯度时主要的失效形式是键合引线翘曲与熔化,在外部特性上表现为集射极压降值增大,而热阻基本不变.提出了提高器件可靠性、延长使用寿命的方法.在加速寿命试验原理的基础上,通过开展高温下的功率循环测试,并对试验数据进行拟合,得到了加入电流等级和最高工作结温的改进寿命预测模型.通过试验数据误差分析对比,发现该模型精度较原有模型在不同测试条件下均有提高,适用范围从80 K拓宽到100K.     

高温功率循环下绝缘栅双极型晶体管失效特征及机理分析

结合绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块结构和工作的不同阶段,分析了IGBT失效类型及其失效机理。深入分析了影响IGBT工作寿命的3种封装失效类型及失效机理。高结温、大温度梯度极端工作方式下主要的封装失效类型是键合引线失效,由某一根或几根过载引起电流分配不均引发,失效前压降大,热阻基本不变。通过分析得到IGBT模块的寿命值近似服从Weibull分布。实验过程中结合各类显微镜和红外热像仪得出的失效特征分布规律表明:经过功率循环后的芯片表面中心区域、边缘绝缘保护环原胞结构均由规则点阵变化为点阵中出现小的黑圈、空穴、裂纹,变得不再规则;各物理层接触面间的缺陷由芯片向下呈递减趋势;IGBT模块各物理层不平整度由基板向上呈递减趋势。通过实际实验发现,可将压降的突变位置作为IGBT可靠性评估的标准。     

绝缘栅双极型晶体管脉冲工作时结温特性及温度分布研究

建立了电热耦合和损耗热场耦合计算模型,采用该模型,获得了相同外部条件下的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片结温波动特性及温度分布特征,完成了使用红外热成像实时探测短时脉冲工作方式下IGBT芯片表面温度波动及分布特性的预测.探测结果表明,在一定散热条件和占空比不大的情况时,短时脉冲间歇等非周期瞬态工作方式下芯片表面温度快速上升之后,进入一个缓慢的上升周期,实验也表明,在特殊工作场合时可突破器件手册推荐使用的最大电流值.利用建立的热分析模型,还可以实现对不同工作方式下器件结壳温差和结温波动幅度的预测.     

基于反向恢复电流的绝缘栅双极型晶体管模块动态结温估测方法

针对传统结温估测方法响应速度慢、测量误差大问题,采用绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)模块的反向恢复电流作为温敏电参数,提出一种新型结温估测方法。分析了IGBT模块结温和负载电流对反向恢复电流的影响机理,并建立了三者间的理论关系。考虑实际工况并采用试验数据拟合得到IGBT模块的结温预测模型,通过比较试验测量数据与预测模型计算结果的差异,证实了采用反向恢复电流提取IGBT模块动态结温的估测方法具有较高的估测精度和较快的响应速度。     

微机控制的绝缘栅及极晶体管逆变二氧化碳焊机

阐述了一种额定电流为400A、引入了微机控制的新型逆变二氧化碳焊机的研制实施方案,在对逆变理论和微机控制技术进行研究的基础上,采用绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为功率开关器件,主电路选择双全桥结构以满足大功率输出的需要,并对送丝系统进行了改造,以适应微控系统的要求,控制系统以8031单片机为核心,应用脉宽调制方式,经系统扩展和系统配置构成,成功地实现了平特性配合等速送丝,应用微机控制,简化了系统硬件,提高了系统的控制性能,而且软件设计灵活,容易扩展功能,试验结果表明,所研制的焊机工艺性能良好,在最佳焊接规范条件下飞溅率基本控制在3%以下,明显提高了焊接质量。     

用氮化硅作绝缘膜的砷化镓绝缘栅场效应晶体管的研究

利用可控射频溅射技术生长的氮化硅作绝缘膜,制造出Al/Si_3N_4/n-GaAs 的MIS 二极管和埋沟耗尽型GaAsMISFET.溅射时不通纯氢,器件的C-V 和I_D-V_D 特性中显示出明显的滞后效应和环状回线.溅射前先用高纯氢等离子体处理GaAs 表面,溅射过程中伴以微量的纯氢,溅射后适当退火,可以得到基本上没有滞后效应的C-V 曲线和I_D-V_D 特性中几乎没有环状迴线的MISFET.测量表明:g_m 的最大值约为2.7mS,界面陷阱密度为2.7×10~(11)～1.4×10~(12)cm~(-2)eV~(-1),界面陷阱能级位于导带下0.55和0.13eV 处,表面迁移率为4000～5400cm~2V~(-1)s~(-1).     

横向槽栅双极晶体管的闩锁特性研究

提出一种新颖的横向槽栅双极晶体管（ Ｌ Ｔ Ｇ Ｂ Ｔ） 结构．此结构可明显改善器件的闩锁效应．通过数值模拟，比较了 Ｌ Ｔ Ｇ Ｂ Ｔ 结构与 Ｌ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 结构的闩锁电流密度大小，讨论了 Ｌ Ｔ Ｇ Ｂ Ｔ 结构闩锁电流密度与该结构的ｎ ＋ 和ｐ ＋ 阴极区域设计的关系．在相同５ 微米ｎ ＋ 阴极长度下， Ｌ Ｔ Ｇ Ｂ Ｔ 结构闩锁电流密度比 Ｌ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 结构提高了７ ．７ 倍， Ｌ Ｔ Ｇ Ｂ Ｔ结构闩锁电流密度大小随槽栅与ｐ ＋ 阴极之间距离减小而增大．     

三相逆变器中绝缘栅双极型晶体管模块结温仿真评估

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的工作性能和可靠性以及逆变器中IGBT模块散热系统的设计等均与其工作结温直接相关,掌握器件的结温状况对于确保其安全可靠的使用和冷却装置的合理选择具有重要意义。推导获得基于数学方法的IGBT模块损耗模型和实现热电模拟的Foster热网络模型,基于此在MATLAB/Simulink中建立了简单实用的三相逆变器中IGBT模块结温仿真评估模型,同半导体器件制造商软件计算方法相比,加入了热电耦合因素,可以更真实地模拟器件芯片结温状况,并分析了不同负载工况下IGBT模块结温的变化趋势     

功率VDMOSFET与IGBT的最新结构与性能特点

综合评述了VDMOSFET(Vertical Double Diffused MOSFET)与IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)的一般器件结构,分析比较了采用垂直沟槽栅极(Trench gate)新结构的功率VDMOSFET与IGBT的结构与性能特点.新结构的VDMOSFET与IGBT能有效地减少原胞尺寸和增加沟道密度,具有大电流,高电压,开关频率高,高可靠性,低损耗的特点.在性能上明显优于目前广泛使用的VDMOSFET和IGBT结构.     

多芯片绝缘栅双极性晶体管模块的老化键合线定位方法

对实际工况中绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)的可靠性监测是对电力系统安全运行的重要保证。然而,采用多芯片封装方式的IGBT模块因芯片位置分布导致模块整体热量分布不均问题。针对该问题,使用多芯片封装IGBT模块,建立其包含7层结构的有限元模型,通过有限元仿真结果分析得出,模块整体温度分布不均是由于各芯片传热路径交叉所导致的热阻耦合现象。在掌握热量分布规律的基础上,研究了IGBT模块内部芯片串、并联使用时某一芯片发生键合线老化后各芯片功率损耗的变化规律,并据此提出考虑热量分布不均的键合线老化故障芯片定位方法。仿真及试验结果表明：文中提出的多芯片封装IGBT模块热分布规律具有正确性,老化键合线定位方法具有可行性。     

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。     

IGBT的PSPICE模拟

提出了一种用ＰＳＰＩＣＥ程序模拟绝缘栅双极型晶体管（ＩＧＢＴ）特性的方法。首先详细介绍了ＩＧＢＴ的ＰＳＰＩＣＥ模型的建立,以及利用外特性参数提取模型参数的方法。最后对所建立的模型进行了验证,证明了该方法的可行性。     

高性能双极型晶体管器件研制成功

毫米波频段是满足日益强烈的高精度探测及高速率数据通信要求的关键资源。继8毫米波段（26．5～40GHz）之后，3毫米波段（75～111GHz）成为世界各国高频技术竞争的制高点。基于固态半导体技术的毫米渡单片集成电路（MMIC）由于具有体积小、重量轻、高性能及低成本等优势而被广泛应用于军事和民用领域。     

车用大功率电力电子器件研究进展

 车用电机驱动变流器是电动汽车电机驱动的关键部件,大功率电力电子器件是其核心。对比分析了国内外电动车辆用电机驱动变流器的拓扑结构、变流器控制特点及体积功率密度等关键指标,指出车用电机驱动变流器的技术创新重点在于硅基绝缘栅双极性晶体管(IGBT)芯片及封装技术持续改进碳化硅(SiC)器件的应用。综述了硅基IGBT芯片的演进和IGBT模块封装技术的创新,介绍了碳化硅器件的技术特点。     

智能功率模块IPM

介绍了智能功率模块IPM的特点和特性，分析了IPM在应用设计过程中应考虑的诸多问题及解决方法。     

槽栅结构SiC材料IGBT的仿真及优化分析

运用半导体物理理论和功率器件模拟软件（SILVACO-TCAD）,研究了新型宽禁带材料SiC槽栅结构IGBT功率半导体器件的电学特性,模拟了不同厚度和掺杂浓度漂移层和缓冲层的IGBT器件的阈值电压、开关特性和导通特性曲线,并分析了漂移层和缓冲层厚度及掺杂浓度对电学特性的影响。结果表明,当SiC-IGBT功率器件漂移层和缓冲层厚度分别为65 μm和2.5 μm,掺杂浓度分别为1×10¹⁵和5×10¹⁵cm^-3时,得到击穿电压为3400 V,阈值电压为8 V。     

绝缘栅控PIN二极管型晶闸管的研究

设计了一种新颖的绝缘栅控ＰＩＮ二极管型晶闸管（ＩＧＰＤＴ）．此结构绝缘栅ＰＩＮ二极管被用来有效地控制晶闸管的开启及关断．通过二维数值模拟研究了ＩＧ－ＰＤＴ的通导特性及开关特性．结果显示ＩＧＰＤＴ有与槽栅基区电阻控制晶闸管（ＴＢＲＴ）类似的导通特性,其栅控电流关断能力达几百Ａ／ｃｍ２,且电阻负载的开关速度是ＴＢＲＴ的三倍多．     

IGBT－SPWM变频调速系统的研究

本文介绍一种以ＩＧＢＴ为功率元件的通用型全数字控制的脉宽调制（ＳＰＷＭ）变频装置。采用８０９８单片机和三相高频可编程脉宽控制器ＳＬＥ４５２０为核心的控制系统，改善了ＰＷＭ变频器的性能。实验表明，系统运行平稳，调速平滑，动态性能好。