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。     

正极性重复脉冲电压下有机硅凝胶-PI界面的沿面放电特性

高压大功率绝缘栅双极型晶体管器件(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件封装绝缘问题已成为高压大功率IGBT器件自主研制的关键制约因素之一.由于器件内部芯片终端钝化层处场强较高,导致钝化层最外层的聚酰亚胺(polyimide,PI)与封装材料有机硅凝胶的界面之间易于发生沿面放...     

并联IGBT芯片的等离子体抽取渡越时间振荡机理及其特性分析

大功率IGBT器件内部通常由多个芯片并联实现大电流。并联IGBT芯片在关断的拖尾阶段存在高频等离子体抽取渡越时间(PETT)振荡,这种振荡会对环境、驱动电路产生严重的电磁干扰。针对空穴注入空间电荷区后引起的空间电荷效应,首次分析空间电荷区的小信号特性,研究IGBT芯片自激振荡产生的原因,揭示高频PETT振荡的机理。其次,研究并联IGBT芯片之间寄生电感与产生PETT振荡时集射极电压的相互关系,基于理论方法计算振荡电压范围以及振荡频率的特点。最后,搭建IGBT开关特性测试平台,对并联IGBT芯片的PETT振荡特性进行测试。实验结果表明,PETT振荡不是随机产生,振荡产生的时刻与集电极电流具有一定的相关性;并联IGBT芯片振荡电压的范围与理论计算范围相吻合;并联IGBT芯片振荡频率的范围也与理论计算范围相吻合。因此,实验结果验证了对PETT振荡特性分析的正确性。     

级联不对称五电平逆变器电容值分析

相对于其他大多数对称拓扑结构的逆变器而言,级联不对称五电平逆变器在生成五电平的同时,开关状态减少至对称拓扑结构逆变器的二分之一,并且降低了钳位电容和二极管的使用数量,此外,母线电容中点电压也可以实现自平衡。文中基于级联不对称五电平逆变器的拓扑结构,分析了在载波移相PWM调制策略下直流母线电容和悬浮电容的取值问题,并对该拓扑结构进行仿真分析。仿真结果表明,该拓扑结构开关函数简单易于控制,母线电容电压基本保持稳定且能够实现自平衡。选取适当的母线电容值以及悬浮电容值能够非常有效地减小输出的谐波分量,并提高电容的利用率。     

压接型IGBT子模组在关断过程中的电场瞬态特性分析与调控

封装绝缘问题是压接型IGBT器件研制过程中面临的关键挑战之一,解决绝缘问题的关键是准确分析器件内部复合绝缘结构在运行工况下的电场分布特性。现有研究多在静电场或恒定电场下分析其静态电场特性,忽略了其在实际工况下的电场瞬态特性。针对刚性压接型IGBT器件,考虑到直流断路器用压接型IGBT面临的单次关断的实际工况,在电准静态场条件下,该文采用瞬态边界电场约束方程,准确计算压接型IGBT子模组复合绝缘结构中的瞬态电场,获得器件内部不同介质交界面上的界面电荷密度,详细分析瞬态电场的时空分布特性。在此基础上,该文从子模组的绝缘结构和封装绝缘材料参数两方面对子模组的瞬态电场进行调控,结果表明,该文所提控制方法能显著降低绝缘薄弱环节处的电场强度。     

基于开通波形的IGBT开关特性测试平台寄生电感提取方法

IGBT动态测试平台的寄生电感影响IGBT器件的开关参数以及开关损耗,因此,提取动态测试平台回路的寄生电感对于准确获得IGBT器件的开关参数具有重要意义。传统的寄生电感提取方法忽略了回路寄生电阻的影响,给寄生电感的提取带来误差。为了提高寄生电感提取的准确性,提出了采用IGBT开通波形来计算动态特性测试平台寄生电感的方法,通过对开通电流上升过程的分析,建立了包含回路寄生电阻的等效电路模型及电路方程。仿真结果表明该方法的计算误差低于传统计算方法。为验证该方法的正确性,搭建了IGBT动态特性测试平台,实验结果表明,该方法实现了寄生电感参数的提取,为提供准确的IGBT器件开关参数奠定了基础。     

弹性压接型IGBT器件封装结构对芯片内部电场的影响研究EI北大核心CSCD

高压大功率电力电子器件内部电场的准确计算,是保证器件绝缘设计满足要求的基本条件。首先,在静态场下建立考虑封装绝缘结构和芯片半导体载流子输运过程的耦合电场计算模型,并利用高压芯片反向特性测量平台,测量获得3300V高压芯片的耐受电压,与文中所建立模型的计算结果相对比,结果表明,计及芯片和封装耦合后,芯片耐受电压的计算结果与测量结果之间的误差由不考虑封装时的4.96%降低为0.8%。此外,以文中所使用的3300V高压芯片终端结构为例,应用耦合电场计算模型,计算在不同电压下的弹性压接封装结构下电场的分布分布特性,计算结果表明在2000V下,计及封装和芯片耦合后,芯片内部最大电场为不考虑封装结构时的1.24倍,且最大电场由终端区中部转移到末端。随着施加电压的增加,封装绝缘结构对于芯片电场的影响逐渐增大,芯片终端区表面电场显著增加甚至超过芯片内的最大电场。最后,利用部分电容模型,给出外部封装对于芯片电场影响的机理解释,并分析半导体–绝缘体界面电荷密度以及外部封装绝缘材料的介电常数对于芯片电场的影响规律,该文的结果可为高压大功率器件绝缘设计提供参考。     

压接型IGBT芯片动态特性影响因素实验研究

压接型IGBT器件内部具有复杂的电-热-力环境,直接影响了其内部IGBT芯片的动态特性,进而决定了整个器件的安全工作能力。为此,研究不同影响因素下的压接型IGBT芯片动态特性具有重要意义。为了全面获得电-热-力综合影响下压接型IGBT芯片的动态特性,利用所研制的具有多因素解耦、灵活调节能力的双脉冲实验平台,针对一款3.3kV/50A压接型IGBT芯片,测量获得了不同母线电压、负载电流、驱动电阻、温度及机械压力下的双脉冲实验波形。分析了不同影响因素对双脉冲波形的影响规律,对比了不同影响因素对IGBT动态特征参数影响程度,结果表明母线电压主要影响关断过程,负载电流、驱动电阻和温度主要影响开通过程,机械压力对开通关断过程的影响很小,研究结果对IGBT芯片建模及压接型IGBT器件安全运行具有重要的指导意义。