1200 V/600 A SiC功率模块的设计与实现

设计并实现了一款1 200 V/600 A半桥结构的大功率SiC模块.模块内部通过SiCMOSFET多芯片并联构成.针对传统模块中由于功率回路与驱动回路的耦合而导致的并联芯片不均流问题,将芯片的辅助驱动电极从芯片表面引出,避免了两者的耦合问题.同时借助仿真软件,证明了并联芯片的不均流问题得以改善.将本设计模块与国外同规格的SiC模块进行了电学参数的测试对比,同时与同规格的Si基IGBT模块进行对比.结果 表明本设计模块与国外模块相比,静态性能略差,动态性能更优;且SiC模块的损耗比同规格的Si基模块的降低了约51％.对SiC功率模块进行了相关可靠性试验,结果显示样品均未发生失效.     

多芯片SiC功率模块布局优化

传统的SiC模块常采用平面布局,各芯片的工作电路存在明显的不对称性,芯片间存在源极侧公共支路,支路上的耦合电感将导致严重的动态电流不均衡.首先对源极侧公共支路耦合电感对并联芯片间动态电流分布的影响进行了详细分析,建立了描述动态不均衡电流和源极侧公共支路耦合电感关系的解析模型,揭示了该电感对芯片动态均流的影响机理.随后,基于该模型提出了一种立体的多芯片并联圆周布局,该布局能够消除并联芯片间的电流耦合效应,并且提高了源极寄生电感的一致性.最后,仿真与实验结果表明,所提出的新型立体圆周布局下,并联芯片间的动态电流分布一致性显著提高.     

应用于大容量高能量密度工况的IGBT并联均流技术综述

本文对应用于电磁发射系统大容量高能量密度工况的开关器件并联均流技术进行了分析和总结。首先,概述了目前绝缘栅双极性晶体管(IGBT)的发展趋势与应用领域。其次,针对电磁发射系统的大容量高能量密度工况特点,总结分析了影响IGBT并联均流的关键影响因素。接着,对比分析了目前改善均流效果的被动方法和主动方法的优势与不足。最后,对未来IGBT模块并联应用的发展提出了展望。     

一种基于OTA的降压型LED恒流电路

设计了一种LED恒流驱动电路,芯片内部电路由误差放大模块和PWM波形产生模块组成,外部电路为一个BUCK型恒流电路。误差放大模块中采用了一个跨导放大器,将采样电压与基准电压做比较,产生误差电流,反馈电容作为跨导放大器的负载,产生了误差电压信号。误差信号与锯齿波相比较产生PWM信号,控制外部BUCK电路的开关管对LED电流进行平衡。采用CSMC0.5μm的标准CMOS工艺库进行电路仿真,结果表明本电路电流平衡的稳定度较高,满足中小功率的LED串并联的驱动。     

SiC MOSFET并联动态电流不均衡的无源补偿策略

SiC MOSFET分立器件的并联结构已在中大功率应用中广泛使用,为了充分利用并联的优势,需解决并联动态电流不均衡问题.在SiC MOSFET特性参数中,阈值电压是影响并联动态均流特性最主要的参数.通过建立SiC MOSFET双管并联的电路模型,探究了并联动态电流不均衡的补偿策略,推导了阈值电压对SiC MOSFET开关管动态均流程度影响的公式.建立了含寄生电感的双管并联电路模型,提出了两种双管并联动态电流不均衡的无源补偿策略,即基于共源极寄生电感的补偿策略以及基于开尔文源极电感和功率源极寄生电感并联的补偿策略.通过仿真比较了两种无源补偿策略下的开关总损耗.最后,优化了基于开尔文源极电感和功率源极寄生电感并联的补偿策略,并通过双脉冲实验验证了此并联补偿策略下的动态均流效果.     

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.     

一种基于低压差线性稳压器的放大器设计

设计了一种静态电流约为0.6μA的运算跨导放大器电路,并已经成功地应用于一款超低静态电流的新一代低压差线性稳压器芯片中。此放大器的突出优点是与Foldback过流保护电路融合在一起,使得芯片不需要专门的限流模块,大大减少了器件与电流支路,极大地提高了电流利用率,实现了超低功耗。     

一种无均流外环并联DC-DC变换器的设计

设计了一种无均流外环并联DC-DC变换器,采用平均电流模式控制,通过控制最大编程电感电流,实现并联变换器的精确均流。采用小信号模型分析了并联变换器的均流误差和稳定性,电路实现了稳定的电流特性和快速的瞬态响应,具有优良的负载电流调节能力。仿真结果表明,该电路的均流误差在8‰以下,并联变换器在重载和轻载之间跳变时,1.5 ms内可恢复均流平衡,新插入变换器在0.7 ms时刻可重新建立均流平衡。     

功率MOSFET并联均流仿真分析

研究多个功率MOSFET并联均流问题。由于市场上的MOSFET功率普遍较小,当电路要求大电流时可将多个MOSFET并联,但一些因素会造成并联管电流分配不均从而导致管子损坏。从器件参数、栅极驱动参数、电路布线三方面分析了各参数对并联功率MOSFET电流分配以及功率损耗的影响,对各参数使用Pspice软件进行了仿真并提出了相应的均流措施,通过仿真结果进行对比,结果验证了均流措施的有效性。仿真方法和结论对实际应用有一定的参考价值。     

固态雷达发射机多路电源的并联均流设计

大功率电源系统的发展趋势是实现电源组件模块化,再通过多个模块的并联以满足负载功率的要求。模块化电源的并联运行是扩大电源系统容量和提高固态雷达发射机可靠性的重要手段,要实现电源模块并联运行的可靠性,各电源模块应具有良好的均流特性。文中通过对不同并联方法的分析比较,介绍了最大电流法自动均流控制电路的工作原理及设计,并由试验给出均流效果。     

一种多相DC-DC数字控制器的设计

分析了多相DC-DC变换器的均流环路小信号动态特性以及极限环振荡条件,提出一种基于平均电流的数字均流技术,并据此实现了一种多相DC-DC数字控制器。采用基于同步设计的均流控制电路和数字脉宽调制器实现电流均衡和相位交错。该多相DC-DC数字控制器芯片基于0.18μm CMOS工艺设计。仿真结果表明,在10~20 A阶跃负载电流下,输出过冲/下冲电压在20 mV以内,开关频率在0.5 MHz~2 MHz范围内可调整,均流误差从20.8%减小到5%以下。     

IGBT并联设计参考

本文主要分析如何实现并联IGBT静态和动态过程的均流，并提出了一些用于减少电流不平衡的相关并联方法，以便于客户并联设计。重点突出一些荔实现并联方案的IGBT模块新封装，叉提出一些实现并联均流的均衡措施。用相关的试验证实一些分析结论。     

功率MOSFET参数测试仪的设计

功率MOSFET参数测试仪是用来测试功率MOSFET电特性参数的仪器设备（如阈值电压、跨导等）。以单片机为核心，介绍功率MOSFET参数测试仪的原理、设计及实现，设计了电特性参数测试的具体电路，编写了测试控制程序，通过对设计出的测试仪系统进行实验和调试，可以准确测量功率MOSFET的阈值电压、跨导、栅源漏电流、零栅压漏极电流及耐压。     

A study on IGBT junction temperature (Tj) online estimation using gate-emitter voltage (Vge) at turn-off

A novel method is presented for online estimation of the junction temperature (Tj) of semiconductor chips in IGBT modules, based on evaluating the gate-emitter voltage (Vge) during the IGBT switch off process. It is shown that the Miller plateau width (in the Vge waveform) depend linearly on the junction temperature of the IGBT chips. Hence, a method can be proposed for estimating the junction temperature even during converter operation – without the need of additional thermal sensors or complex Rth network models. A measurement circuit was implemented at gate level to measure the involved time duration and its functionality was demonstrated for different types of IGBT modules. A model has been proposed to extract Tj from Vge measurements. Finally, an IGBT module with semiconductor chips at two different temperatures has been measured using Vge method and this method was found to provide the average junction temperature of all the semiconductor chips.     

65 nm体硅工艺NMOS中单粒子多瞬态效应的研究

针对NMOS场效应晶体管由重离子辐射诱导发生的单粒子多瞬态现象,参考65 nm体硅CMOS的单粒子瞬态效应的试验数据,采用TCAD仿真手段,搭建了65 nm体硅NMOS晶体管的TCAD模型,并进一步对无加固结构、保护环结构、保护漏结构以及保护环加保护漏结构的抗单粒子瞬态效应的机理和能力进行仿真分析。结果表明,NMOS器件的源结和保护环结构的抗单粒子多瞬态效应的效果更加明显。     

并联Buck变换器的均流控制技术

在并联多相DC/DC变换器中,各模块承受的电流应自动平衡。DC/DC变换器的并联均流是需要解决的关键问题。文中采用基于主从控制的并联Buck变换器为研究对象,通过仿真验证了均流控制技术能使电路具有良好的动态响应。考虑到实际应用中电路开关管会因长期工作在温度较高的情况下而降低使用寿命,采用加入温度控制的均流控制技术,从而达到了温度控制的效果。     

基于高压IGBT暂态机理模型的分析与研究

随着绝缘栅双极性晶体管（IGBT）使用的电压等级越来越高,关于绝缘栅双极性晶体管（IGBT）开关暂态的研究显得尤为重要。在机理模型的基础上能细划分为MOSFET与BJT,即金属氧化层半导体场效晶体管与双极结型晶体管两个部分,对其进行建模,列举出模型参数提取方法。该模型可在Matlab中实现,把IGBT作为案例列出模型参数数值,分析比较高压开通暂态、关闭暂态与开关损耗仿真结果,以此检验机理模型对高压IGBT是否适用。     

Compact modelling and analysis of power-sharing unbalances in IGBT-modules used in traction applications

IGBT modules are critical components for the reliability of power converters used in traction applications. A thorough analysis of all stressful operating conditions is a complex task, which requires versatile simulation capability. In this paper a comprehensive electro-thermal model of an IGBT-module is developed. Then, circuit simulation is used to investigate the power sharing between parallel chips during transient operation. Unbalances are observed, their causes identified and their influence on device degradation pointed out and discussed.     

Paralleled DSP-based soft switching-mode rectifiers with robust voltage regulation control

This paper presents the current sharing and robust voltage regulation controls for paralleled digital signal processor-based soft switching-mode rectifiers (SSMRs). First, the design and implementation of single-module SSMRs are made. In dealing with the current control loop design of each SSMR module, the small-signal model is derived and used to design the current-controlled pulse-width modulation (PWM) scheme. As to the common voltage control loop, its dynamic model is estimated from measurements. Then, a quantitative design procedure is developed to find the parameters of the voltage controller according to the prescribed control specifications. As the changes of parallel number and operating condition occur, the robust control is added to reduce the voltage regulation control performance degradation. The proposed multimodule operation control scheme consists of a master controller and N slave controllers. The former further consists of a common voltage controller and a current distribution unit, and the latter are the current-controlled PWM schemes of all SSMRs. Each slave controller receives the weighted sinusoidal current command from the master controller and regulates the feedback current of SSMR. The results confirm that the designed parallel SSMR system possesses good line drawn current power quality, module current sharing and voltage regulation control performances.