IGBT芯片静态输出曲线连续测量方法

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片的静态输出曲线是考核其能量损耗及指导多芯片并联设计的重要指标之一。现有测量IGBT静态输出曲线的方法多采用商用化的功率器件分析仪,然而商业化功率器件分析仪存在价格昂贵、夹具单一的问题。亟需开发一种简单、快速、有效的静态输出曲线测量方法。面向高压IGBT芯片,提出一种新的静态输出曲线连续测量方法及测试电路,有效减小了IGBT芯片的电导调制效应和温升效应对静态输出曲线的影响。通过实时测量动态过程中的电压及电流,可以快速得到IGBT芯片静态输出曲线。通过对比本文连续法与功率器件分析仪的测量结果,证明了所提方法的有效性。     

IGBT芯片参数对瞬态均流特性的影响

IGBT模块一般采用多芯片并联的方式进行封装,但由于模块参数、驱动控制等差异,模块内部存在电流分布不均衡的问题。相比于稳态电流分布,瞬态电流分布的影响因素众多,是研究的热点。针对IGBT的芯片参数开展了模块内部各支路瞬态电流分布特性的研究。通过建立IGBT芯片模型及芯片并联的瞬态电路分析模型,计算单一芯片参数与多种芯片参数作用下IGBT模块的瞬态电流分布,提出新的适用于芯片支路瞬态均流分析的评价指标,得到了IGBT芯片参数对并联瞬态均流影响的规律。研究结果表明阈值电压、跨导和栅极电阻是对瞬态均流影响最大的3个芯片参数,且需要关注阈值电压与跨导的共同影响。研究结果对IGBT的芯片筛选及并联后的瞬态均流计算具有指导意义。     

外部汇流母排对压接型IGBT器件内部多芯片并联均流特性的影响

压接型IGBT器件内部芯片之间的动态均流特性直接影响着IGBT器件的坚固性与可靠性。考虑到并联均流实验的困难,现有的压接型IGBT芯片级并联均流研究通常都是通过提取器件内部封装结构的寄生参数,并结合IGBT芯片的等效电路模型,在电路仿真环境中开展的,不考虑器件外部电磁条件对器件内部电流分布的影响。然而,该文通过9枚压接型IGBT芯片的并联均流实验发现,各个通流支路之间存在显著的动态电流不均衡,而且电流的分布特性不仅与内部并联芯片的相对位置有关,还与连接器件的外部汇流母排存在明显的关联。为了揭示器件内部电流分布特性与外部汇流母排之间的耦合关系,该文对被测器件与外部汇流母排进行三维有限元建模,从频域和时域2个方面,计算IGBT器件内部的电磁场分布特性。频域计算表明,由于外部汇流母排与内部并联芯片存在磁场耦合(即电感耦合),当频率超过一定数值后,外部汇流母排会对各个通流支路的电流产生显著影响。时域计算进一步再现了并联均流实验中外部汇流母排对各个通流支路上动态电流分布的影响规律。结果表明,在压接型IGBT器件的设计和应用中,不仅需要关注器件内部芯片间的相对位置对动态均流特性的影响,同时也要关注外部汇流母排引入的电磁不对称性。最后提出一种对称化的母排设计方案,并通过三维有限元计算,证实对称化母排设计可明显改善器件内部的动态均流特性。     

MMC子模块IGBT短路实验平台设计与实现

在模块化多电平换流阀(modular multilevel convertor,MMC)实际运行中，绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)或其驱动器故障会导致子模块直通短路，造成器件损坏，该短路工况对于IGBT的短路保护以及可靠性研究具有重要意义。该文分析MMC子模块直通短路的类型并提出该短路工况实验平台的设计要求。针对短路振荡和电磁干扰问题进行优化设计，对短路回路寄生电感进行调整，研制MMC子模块短路实验平台并进行实验验证。实验结果表明，所研制的实验平台可以满足MMC子模块用IGBT的短路实验的需求。