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基于度电成本的绝缘栅双极型晶体管模块的冗余设计 被引量：2
1
作者 聂伟 王华君 何昌国 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第3期240-246,共7页
在海上风电变流器中,IGBT模块等功率器件是容易失效的部件之一。海上风电场的恶劣环境对风电变流器的可靠性提出了更高的要求。为了提高风电变流器整体的可靠性,提出了风电变流器IGBT模块的3种冗余设计方案和相应的控制策略;并对3种冗... 在海上风电变流器中,IGBT模块等功率器件是容易失效的部件之一。海上风电场的恶劣环境对风电变流器的可靠性提出了更高的要求。为了提高风电变流器整体的可靠性,提出了风电变流器IGBT模块的3种冗余设计方案和相应的控制策略;并对3种冗余设计方案的可靠性进行比较,得出了3种冗余设计方案均可提高风电变流器的运行可靠性的结论;最后使用度电成本的概念,分别计算了应用3种冗余设计方案的海上风电场20 a全寿命周期内的度电成本,得出了第一种冗余设计方案;即冗余一支桥臂,可以使整个海上风电场的度电成本最低的结论。这为以后风电变流器IGBT模块的冗余设计提供了参考。 展开更多
关键词 风电变流器 绝缘栅双极型晶体管(igbt)模块 冗余设计 度电成本
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逆导型非穿通绝缘栅双极晶体管仿真 被引量：1
2
作者 杨坤进 汪德文 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第7期517-520,529,共5页
仿真了逆导型(RC)非穿通-绝缘栅双极晶体管(NPT-IGBT)的器件结构及其"折回效应"现象的I-V特性曲线,研究了一些器件重要结构参数(背面阳极n+区域与p+区域尺寸比例Ln/Lp以及n-漂移区厚度)对所仿真的逆导型NPT-IGBT器件电流"... 仿真了逆导型(RC)非穿通-绝缘栅双极晶体管(NPT-IGBT)的器件结构及其"折回效应"现象的I-V特性曲线,研究了一些器件重要结构参数(背面阳极n+区域与p+区域尺寸比例Ln/Lp以及n-漂移区厚度)对所仿真的逆导型NPT-IGBT器件电流"折回效应"的影响。用"MOSFET+pin二极管"等效电路模型分析了仿真结果中得到的结论。结果表明,Ln/Lp与n-漂移区厚度对"折回效应"幅度影响显著。在n-漂移区厚度为60μm时,Ln/Lp尺寸比例在5/11和2/14(μm/μm)之间,"折回效应"幅度较低,并且反向二极管具有导通能力,可以成为对应RC-NPT-IGBT的工艺窗口;在n-漂移区厚度达到150μm时,"折回效应"接近消失,Ln/Lp尺寸比例可以有更宽的选择。 展开更多
关键词 绝缘栅双极晶体管(igbt) 非穿通型(NPT) 逆向导通(RC) “折回效应” 电导调制效应
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基于金刚石复合基板的压接式IGBT器件热特性与老化特性
3
作者 童颜 莫申扬 +2 位作者 刘克明 骆健 邓二平 《半导体技术》 北大核心 2025年第10期1078-1084,1092,共8页
为满足基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)柔性输电设备对绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件散热与可靠性的严苛要求,提出了基于铝/金刚石和铜/金刚石复合金属基板的压接式IGBT封装设计。通过对比焊接式与压接式IGBT的热阻模型,揭示了基板... 为满足基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)柔性输电设备对绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件散热与可靠性的严苛要求,提出了基于铝/金刚石和铜/金刚石复合金属基板的压接式IGBT封装设计。通过对比焊接式与压接式IGBT的热阻模型,揭示了基板热阻在结-壳热阻中的占比。经稳态及瞬态热阻抗分析表明,金刚石基板凭借高热导率和高热容特性,可显著提高结温控制能力。仿真结果表明,采用金刚石基板的器件与传统钼铜基板相比,其结温降幅最大可达18℃,热稳态响应时间显著延长。通过20000次功率循环老化试验验证,金刚石基板封装IGBT的结-壳热阻及静态参数稳定性良好,其近似硅的热膨胀系数(CTE)具备优异的热机械可靠性。金刚石复合金属基板可有效提升压接式IGBT的结温控制能力,为高压大功率器件封装提供了可靠的解决方案。 展开更多
关键词 压接式绝缘栅双极晶体管(igbt) 结温控制 基板 铝/金刚石 铜/金刚石 功率循环
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压接型IGBT内部栅极电压一致性影响因素及调控方法 被引量：2
4
作者 张冠柔 傅实 +4 位作者 彭程 李学宝 唐新灵 赵志斌 崔翔 《半导体技术》 CAS 北大核心 2021年第5期393-401,共9页
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... 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。 展开更多
关键词 压接型绝缘栅双极晶体管(igbt) 并联均流 栅极电压一致性 驱动印制电路板(PCB) 布线原则 调控方法
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压接型IGBT器件短路失效管壳爆炸特性及防护方法 被引量：2
5
作者 周扬 唐新灵 +5 位作者 王亮 张晓伟 代安琪 林仲康 金锐 魏晓光 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期2350-2361,I0023,共13页
压接型绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为现有柔性直流输电设备的核心部件,在实际应用中,由于承受高电压、大电流的工作环境,容易发生短路过流失效,进而造成的结构爆炸现象。为研究这一爆炸现象的破坏效... 压接型绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为现有柔性直流输电设备的核心部件,在实际应用中,由于承受高电压、大电流的工作环境,容易发生短路过流失效,进而造成的结构爆炸现象。为研究这一爆炸现象的破坏效应及其防护,该文结合多组模拟模块化多电平工况实验,得到IGBT器件短路过流失效爆炸后外壳结构的变形特征。结合电气能量特性的分析和实际爆炸失效形貌特点,建立该IGBT器件结构的数值仿真模型,初步确定实际爆炸过程中的等效TNT爆炸当量。在此基础上,从提高结构自身抗爆能力、增加能量外泄通道、替换结构材料等角度开展IGBT器件的结构优化设计,并进行相关试验验证。结果表明,将管壳的陶瓷材料替换为纤维增强复合材料可有效提高结构的防爆性能,降低器件的破坏程度。 展开更多
关键词 压接型绝缘栅双极性晶体管器件 短路失效 爆炸特性 防爆 仿真
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压接型IGBT芯片的参数分散性对其并联时关断均流的影响 被引量：1
6
作者 曹子楷 崔翔 +4 位作者 代安琪 李学宝 范迦羽 詹雍凡 唐新灵 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期1913-1923,I0021,共12页
压接型绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的多芯片并联关断期间会出现严重的不均流现象,直接影响到器件的关断可靠性。文中重点研究压接型IGBT芯片参数对其并联时关断均流的影响,首先,根据IGBT单芯片的关断机... 压接型绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的多芯片并联关断期间会出现严重的不均流现象,直接影响到器件的关断可靠性。文中重点研究压接型IGBT芯片参数对其并联时关断均流的影响,首先,根据IGBT单芯片的关断机理和波形,分析芯片参数对IGBT单芯片关断各个阶段内集电极电流变化的影响规律;其次,定义多芯片并联关断波形中出现的第一类及第二类电流竞争峰谷,建立针对第一类电流竞争峰谷的随机分布模型,获得芯片参数以及并联数目对关断均流的影响规律,通过并联双芯片的双脉冲实验,验证所得规律的有效性;最后,结合分析结果提出阈值电压与饱和压降的相互补偿以及保持阈值电压差与跨导差异号等芯片筛选建议。研究成果可以为并联压接型IGBT芯片的参数筛选工作提供指导。 展开更多
关键词 压接型绝缘栅双极晶体管 关断均流 芯片参数 筛选建议
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基于SVMD-BKA-Transformer的IGBT寿命预测模型 被引量：1
7
作者 邓阳 柴琳 汪亮 《半导体技术》 北大核心 2025年第7期698-706,共9页
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在持续运行过程中易老化失效,引发电力电子装置故障,因此需对IGBT进行寿命预测。提出了一种改进模型用于IGBT寿命预测。首先,以集射极关断尖峰电压(V_(ce-p))为退化特征,对IGBT进行功率循环加速老化试验;获取... 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在持续运行过程中易老化失效,引发电力电子装置故障,因此需对IGBT进行寿命预测。提出了一种改进模型用于IGBT寿命预测。首先,以集射极关断尖峰电压(V_(ce-p))为退化特征,对IGBT进行功率循环加速老化试验;获取相关参数数据并进行处理;利用逐次变分模态分解(SVMD)技术将退化特征数据分解为多个模态。其次,构建Transformer模型,并采用黑翅鸢算法(BKA)寻找其最优超参数以提升预测精度。最后,通过实际IGBT退化特征数据对所提模型进行性能验证。实验结果表明,SVMD-BKA-Transformer模型提升了预测精度:决定系数(R^(2))达到0.9583,平均绝对误差(MAE)降至0.0295 V,均方根误差(RMSE)减小至0.0365 V,性能优于对比模型。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管(igbt) 寿命预测 模态分解 黑翅鸢算法(BKA) TRANSFORMER
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基于多层级模拟的压接型IGBT器件短路失效机理分析 被引量：6
8
作者 李辉 余越 +3 位作者 姚然 赖伟 向学位 李金元 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第6期2392-2403,共12页
压接型绝缘栅双极晶体管(press pack insulated gate bipolar transistor,PP-IGBT)器件具有功率密度高、短路失效等优势,已被广泛应用于柔性直流输电换流阀中。现有压接型IGBT器件短路失效研究主要基于宏观测试结果,难以揭示由微观材料... 压接型绝缘栅双极晶体管(press pack insulated gate bipolar transistor,PP-IGBT)器件具有功率密度高、短路失效等优势,已被广泛应用于柔性直流输电换流阀中。现有压接型IGBT器件短路失效研究主要基于宏观测试结果,难以揭示由微观材料失效诱发器件短路失效的机理,该文基于圧接型IGBT器件短路测试结果,提出压接型IGBT器件短路失效机理的多层级模拟方法。首先,搭建短路冲击实验平台,基于短路实验获取失效发生条件与失效芯片;其次,建立压接型IGBT宏观器件——介观元胞模型,研究圧接型IGBT器件短路失效时器件–元胞复合应力变化规律;最后,建立微观元胞铝–硅界面分子动力学模型,分析短路失效发生条件,揭示短路失效机理,并提出芯片失效部位相对概率分布。结果表明,短路工况下芯片靠近栅极的有源区边角是最容易发生失效的薄弱区域,铝、硅材料失效是导致压接型IGBT器件短路失效的直接原因。 展开更多
关键词 压接型绝缘栅双极晶体管器件 短路失效 多层级模拟 失效机理
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高压大功率IGBT短路失效机理及保护技术研究综述
9
作者 冯甘雨 李学宝 +3 位作者 陶琛 孙鹏 赵志斌 陈兵 《电工技术学报》 北大核心 2025年第16期5044-5067,共24页
高压大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为柔性直流输电工程中的核心器件,若其在运行过程中发生短路故障,将严重威胁换流装备甚至输电系统的安全可靠运行。因此,构建IGBT短路故障模拟方法,明晰短路失效机理,探究短路保护方法对提高IGBT... 高压大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为柔性直流输电工程中的核心器件,若其在运行过程中发生短路故障,将严重威胁换流装备甚至输电系统的安全可靠运行。因此,构建IGBT短路故障模拟方法,明晰短路失效机理,探究短路保护方法对提高IGBT短路强健性和系统稳定性具有重要意义。首先,系统地介绍了IGBT的常见典型短路故障及模块化多电平换流器(MMC)应用工况条件下的短路故障类型,分析了相应的短路应力特征。归纳和总结了针对不同短路故障类型的短路故障模拟电路,并分别对其运行原理进行了详细介绍。其次,从芯片级和封装级两个层面系统梳理了IGBT的短路失效模式及失效机理,并探讨了相关影响因素。再次,介绍了多种短路故障检测和保护及技术及其应用特点,讨论了不同应用场景下各检测技术的适用性和有效性。最后,对IGBT短路可靠性的研究难点与应用趋势进行了展望。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管(igbt) 短路故障 失效机理 短路保护
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柔直用压接型高压IGBT导通压降演化规律研究 被引量：5
10
作者 张健 余超耘 +3 位作者 刘琛硕 薛鑫 占草 祝令瑜 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2021年第8期78-85,共8页
MMC子模块中的高压功率器件绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在长期运行工况下逐渐发生热老化,最终导致器件失效。因此,研究IGBT的状态监测技术对于MMC的可靠运行具有重要意义。目前的文献压接型IGBT导通压... MMC子模块中的高压功率器件绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在长期运行工况下逐渐发生热老化,最终导致器件失效。因此,研究IGBT的状态监测技术对于MMC的可靠运行具有重要意义。目前的文献压接型IGBT导通压降演化规律研究较少,文中搭建了压接型IGBT功率循环试验平台,并在功率循环试验过程中同时监测得到不同热老化程度下的器件导通压降和门极电流,利用试验得到的结温与门极电流的线性关系将导通压降归一化到同一结温下,从而剥离结温对导通压降的影响。结果表明,导通压降随着热老化程度呈现上升的趋势,变化范围大致在10%以内。最后,将老化失效的两个IGBT解体,发现器件内部物理结构发生变化,芯片表面发现局部烧蚀甚至熔化。 展开更多
关键词 模块化多电平换流器 功率循环 老化机理 压接型绝缘栅双极型晶体管 结温计算
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压接型IGBT器件封装内部多物理场耦合问题研究概述 被引量：22
11
作者 张一鸣 邓二平 +5 位作者 赵志斌 崔翔 唐新灵 任斌 傅实 李金元 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第21期6351-6364,共14页
压接型绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolar transistor,IGBT)器件相对传统焊接式IGBT模块而言具有功率密度大、可靠性高、易于串联和失效短路等优点,现已逐步应用到高压直流输电等高压大功率应用场合。在压接型IGBT器件中,各组件... 压接型绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolar transistor,IGBT)器件相对传统焊接式IGBT模块而言具有功率密度大、可靠性高、易于串联和失效短路等优点,现已逐步应用到高压直流输电等高压大功率应用场合。在压接型IGBT器件中,各组件通过外施压力堆叠在一起形成电学和热学接触,内部除温度场和电磁场外,还需考虑应力场的作用,各场通过耦合变量形成联系,构成了一个复杂、非线性的多物理场耦合问题,给建模与计算带来了巨大挑战。该文对近年来国内外压接型IGBT器件多物理场耦合问题的研究现状进行综述,建立多物理场问题的数学描述,并梳理考虑多子模组相互作用的耦合关系,提炼多物理场耦合问题中的难点,即耦合关系的建模及对比分析、多物理场耦合问题的准确描述与简化及多物理场耦合算法的改善等。文中针对这些难点,在总结现有研究成果的基础上,指出今后需要深入研究的重点问题,借鉴相关领域研究成果,给出可能的解决方案。 展开更多
关键词 压接型绝缘栅双极型晶体管器件 接触问题 多物理场耦合 耦合变量 简化模型
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高功率密度3600A/4500V压接型IGBT研制 被引量：17
12
作者 刘国友 窦泽春 +2 位作者 罗海辉 覃荣震 黄建伟 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第16期4855-4862,共8页
该文基于柔性直流输电对大容量压接型绝缘栅双极晶体管（insulated gate bipolar transistor,IGBT）的应用需求,首创大尺寸方形陶瓷压接外壳、21×21mm2大尺寸高性能IGBT及其配套快速恢复二极管（fast recovery diode,FRD）芯片、... 该文基于柔性直流输电对大容量压接型绝缘栅双极晶体管（insulated gate bipolar transistor,IGBT）的应用需求,首创大尺寸方形陶瓷压接外壳、21×21mm2大尺寸高性能IGBT及其配套快速恢复二极管（fast recovery diode,FRD）芯片、独特结构的压接子单元,大幅度降低了芯片损耗、提高了单芯片电流容量;解决压接封装中的压力均衡、芯片均流等关键技术难题,成功研制高功率密度3600A/4500V压接型IGBT,具有导通损耗低、开关能力强、双面散热、失效短路的优点,功率容量与功率密度提高到一个新的水平,满足柔性直流输电应用需求。 展开更多
关键词 高功率密度 压接型 绝缘栅双极晶体管 快速恢复二极管
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IGBT模块直接串联电压均衡驱动控制技术 被引量：5
13
作者 李伟邦 范镇淇 +1 位作者 侯凯 刘建平 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期148-154,共7页
高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块直接串联技术是实现柔性直流输电、高压直流断路器等高压大功率控制设备的一个重要基础,其中最难解决的是串联IGBT模块之间的电压均衡问题。文中分析了电压不平衡的机制,得出了实现电压均衡的关键在于... 高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块直接串联技术是实现柔性直流输电、高压直流断路器等高压大功率控制设备的一个重要基础,其中最难解决的是串联IGBT模块之间的电压均衡问题。文中分析了电压不平衡的机制,得出了实现电压均衡的关键在于解决断态电压不平衡和关断电压不平衡问题,门极侧均衡控制方法是较好的解决手段。对基于有源电压控制技术的驱动设计和基于延时补偿的控制策略进行了探讨,并分别采用在有源区对关断波形进行跟随控制和补偿IGBT器件间关断延时的方法,有效实现了串联器件的电压均衡。最后,通过6只3 300V/1 200AIGBT模块直接串联的阀段脉冲和基于该阀段的三相换流阀运行测试,对这两种方法进行了验证,所述方法获得了较好的电压均衡效果。 展开更多
关键词 柔性直流输电 绝缘栅双极型晶体管(igbt) 模块串联 电压不平衡 有源电压控制 延时补偿
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1700 V精细沟槽栅IGBT器件设计 被引量：1
14
作者 郑婷婷 《半导体技术》 CAS 北大核心 2024年第4期310-315,329,共7页
为了改善绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件关断损耗和导通压降之间的折中关系,同时降低器件制造成本,基于1 700 V电压平台设计了一种采用精细沟槽栅结构的IGBT。采用TCAD软件进行仿真,研究衬底电阻率、衬底厚度、沟槽栅深度、沟槽栅宽度、... 为了改善绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件关断损耗和导通压降之间的折中关系,同时降低器件制造成本,基于1 700 V电压平台设计了一种采用精细沟槽栅结构的IGBT。采用TCAD软件进行仿真,研究衬底电阻率、衬底厚度、沟槽栅深度、沟槽栅宽度、载流子存储层注入剂量、沟槽栅元胞结构等因素对精细沟槽栅IGBT器件性能参数的影响,确定了最优工艺参数,并对1 700 V精细沟槽栅IGBT芯片进行流片和封装。测试结果显示,相比普通沟槽栅IGBT模块,1 700 V精细沟槽栅IGBT模块在芯片面积减小34.2%的情况下,关断损耗降低了8.6%,导通压降仅升高5.5%,器件性价比得到了优化。 展开更多
关键词 精细沟槽栅结构 绝缘栅双极型晶体管(igbt) TCAD仿真 元胞结构 器件性价比
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IGBT器件级物理模型的FPGA设计与实现及在环验证
15
作者 张驾祥 谭会生 《半导体技术》 CAS 北大核心 2024年第4期330-340,共11页
基于硬件在环(HIL)仿真,研究了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件级Hefner物理模型及其求解算法与优化方法,在现场可编程门阵列(FPGA)上设计并实现了Hefner优化模型,并基于PYNQ框架对其进行了在环验证。首先,分析并仿真了Hefner物理模型与... 基于硬件在环(HIL)仿真,研究了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件级Hefner物理模型及其求解算法与优化方法,在现场可编程门阵列(FPGA)上设计并实现了Hefner优化模型,并基于PYNQ框架对其进行了在环验证。首先,分析并仿真了Hefner物理模型与其求解算法,提出并训练了一个前馈神经网络用以拟合模型中的一组非线性函数;接着,在FPGA上设计并验证了Hefner优化模型IP核,并使用基于PYNQ框架的FPGA在环验证方法对其进行了板级验证;最后,用IKW50N60H3和FGA25N120两种型号的IGBT器件对IP核进行了实例验证。结果表明,Hefner优化模型能准确地反映IGBT的开关瞬态特性;在Zynq 7020芯片的处理器系统(PS)端运行PYNQ框架,可编程逻辑(PL)端时钟频率为100 MHz时,实现60 000个时间步长的时间为212 s,是软件运行同样次数所用时间(341 s)的62%,FPGA加速明显。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管(igbt) Hefner物理模型 神经网络拟合 现场可编程门阵列(FPGA) 在环验证
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IGBT器件栅极漏电问题研究 被引量：1
16
作者 巨峰峰 姚伟明 +1 位作者 翁长羽 刘道广 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2012年第9期738-742,共5页
IGBT器件具有输入阻抗高和导通压降低的优点,在大功率电力电子领域具有广泛的应用,但IGBT器件的栅极漏电问题严重影响产品的成品率和可靠性,是产品制造工艺控制的关键。栅极漏电问题主要由栅氧化层质量、多晶硅栅形貌以及栅极与发射极... IGBT器件具有输入阻抗高和导通压降低的优点,在大功率电力电子领域具有广泛的应用,但IGBT器件的栅极漏电问题严重影响产品的成品率和可靠性,是产品制造工艺控制的关键。栅极漏电问题主要由栅氧化层质量、多晶硅栅形貌以及栅极与发射极之间的隔离等问题所致,通常造成栅极短路漏电的原因比较容易发现,但栅极轻微漏电的原因比较复杂,需要通过科学的分析,才能找到问题的根源。通过对典型栅极漏电(栅极间呈现二极管特性)问题的调查,总结了解决问题的思路和方法,对IGBT芯片制造者或器件应用者有一定的参考作用。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管(igbt) 漏电 短路 二极管特性 磷硅玻璃(PSG) 栅氧(GOX)
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一种带有p型阻挡层的新型阳极短路IGBT结构
17
作者 于佳弘 李涵悦 +3 位作者 谢刚 王柳敏 金锐 盛况 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第9期679-683,共5页
提出了一种可应用于高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的新型阳极短路IGBT结构。在n型截止区设计一个p型阻挡层,增加了集电极区域的短路电阻,从而完全消除传统阳极短路型IGBT开启时正向导通压降的回跳效应。p型阻挡层的位置对消除导通... 提出了一种可应用于高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的新型阳极短路IGBT结构。在n型截止区设计一个p型阻挡层,增加了集电极区域的短路电阻,从而完全消除传统阳极短路型IGBT开启时正向导通压降的回跳效应。p型阻挡层的位置对消除导通压降回跳现象至关重要。详细讨论了p型阻挡层的高度、宽度和水平位置对器件电学特性的影响。仿真结果表明,将一个传统结构的阳极短路型IGBT和一个具有高度为4μm、宽度为3μm的p型阻挡层的新型阳极短路型IGBT结构对比,在门极驱动电压为15 V的情况下,器件的正向导通压降从传统的4.60 V下降到3.95 V,关断时间从354 ns减少到305 ns。所提出的新结构能进一步有效折中IGBT器件正向压降与关断时间的矛盾关系。 展开更多
关键词 回跳现象 阳极短路绝缘栅双极型晶体管(igbt) p型阻挡层 正向导通压降 关断时间
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基于空间多点位温度IGBT器件参数逆推的健康状态在线监测方法 被引量：1
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作者 胡震 崔曼 +1 位作者 吴晓华 施涛 《电工技术学报》 北大核心 2025年第2期452-462,共11页
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为高压大功率能量转换系统的核心器件,已广泛应用于新能源发电、高速铁路、航空航天等领域,由于工作环境和运行工况的复杂多变,IGBT模块极易因键合线剥离和焊料层脱落等疲劳老化而失效,造成系统停机,开展IGB... 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为高压大功率能量转换系统的核心器件,已广泛应用于新能源发电、高速铁路、航空航天等领域,由于工作环境和运行工况的复杂多变,IGBT模块极易因键合线剥离和焊料层脱落等疲劳老化而失效,造成系统停机,开展IGBT模块健康状态的在线监测是提升功率器件可靠性、实现能量转换系统安全高效运行的重要保障。该文提出一种基于空间多点位温度IGBT器件参数逆推的健康状态在线监测方法,实现IGBT键合线和焊料层热疲劳损伤的在线监测和诊断,避免IGBT模块因热损伤累积超过安全阈值而突发失效,提升能量转换系统的可靠性。首先,考虑焊料层老化对模块内部热流路径的影响而引起基板空间多点位温度分布的改变,建立基于基板多点位温度差异度(T_(P))的焊料层疲劳老化在线监测模型,通过离线加速老化测试方法建立▽T_(P)和芯片至基板热阻抗(Z_(JC))的数据库,在应用中通过▽T_(P)调用(Z_(JC))实现焊料层健康状态的在线诊断;其次,建立IGBT混合老化模式下器件通态功率损耗的计算模型,提出基于通态损耗的集-射通态电压(V_(ce-on))的逆向计算方法,基于更新的Z_(JC)值计算芯片结温(T_(J)),将集电极电流I_(C)和T_(J)输入健康IGBT模块的I_(C)-T_(J)-V_(ce-on)数据库中调用当前结温下的V_(ce-on,data),消除焊料层老化引起的结温上升对V_(ce-on)的影响,基于V_(ce-on)和V_(ce-on,data)的偏差对键合线老化状态做出诊断。仿真和实验结果表明所提方法的有效性,在实验环境下诊断误差约为3%。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管(igbt) 在线监测 可靠性能 健康状态
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寄生参数对IGBT关断浪涌电压影响的仿真建模
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作者 李岩磊 刘直 +3 位作者 李阳 代鹏 陈明远 杜玉亮 《铁道机车车辆》 北大核心 2024年第1期61-68,共8页
IGBT作为能源变换与传输的核心器件具有良好的载流与抗压能力,在轨道交通、电力系统等行业领域应用非常广泛。以建模仿真的方式模拟浪涌电压实际运行性能,深入研究其特性,可为提高功率器件系统的安全性与稳定性提供依据。文中通过有限... IGBT作为能源变换与传输的核心器件具有良好的载流与抗压能力,在轨道交通、电力系统等行业领域应用非常广泛。以建模仿真的方式模拟浪涌电压实际运行性能,深入研究其特性,可为提高功率器件系统的安全性与稳定性提供依据。文中通过有限元法求解电磁准静态场提取单桥臂回路各器件的寄生参数,并结合IGBT器件静态、动态特性建立了精确的单桥臂电路模型。通过对比不同精度模型的仿真计算结果表明,寄生参数对于浪涌电压的幅值大小和振荡具有不可忽视的影响,在电路优化设计中应予以充分的关注。该精确模型具有精准、易调控的特点,仿真结果对IGBT功率器件精确的损耗计算、可靠的电磁兼容设计及评估潜在风险具有指导性意义。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管(igbt) 仿真 寄生参数 浪涌电压 封装电路
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基于电压对电流变化率的IGBT结温变化机理及监测方法 被引量：15
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作者 罗毅飞 汪波 +1 位作者 刘宾礼 夏燕飞 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期38-43,共6页
为了有效监测IGBT的工作结温,通过机理分析提出了一种基于电压对电流变化率的结温在线监测方法。首先基于半导体物理论述了IGBT饱和压降UCE与电流ICE的关系,得到了UCE、ICE与结温的对应关系,然后分析了结温对d UCE/d ICE的影响机理,进... 为了有效监测IGBT的工作结温,通过机理分析提出了一种基于电压对电流变化率的结温在线监测方法。首先基于半导体物理论述了IGBT饱和压降UCE与电流ICE的关系,得到了UCE、ICE与结温的对应关系,然后分析了结温对d UCE/d ICE的影响机理,进一步得到d UCE/d ICE随结温的变化规律,且所得规律不受电压、电流绝对值以及负载的影响。实验结果表明:在IGBT饱和工作区内随着结温的升高,d UCE/d ICE呈正比例增大,d UCE/d ICE与结温之间表现出良好的线性唯一对应关系,UCE在电流不变的条件下与结温也呈线性关系,并进一步得到了完整的UCE、ICE与结温的3维关系曲线,验证了机理分析。因此可通过监测d UCE/d ICE的值来有效表征IGBT的实时结温,该方法不受负载影响,更易实现。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管 电压对电流变化率 结温监测 饱和压降 基区压降 PN结压降 饱和工作区
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