發(fā)布時(shí)間：2020-12-11 14:01

　　逆導(dǎo)型IGBT打破了普通IGBT+反并聯(lián)二極管的單體封裝模式,通過(guò)P區(qū)反摻雜技術(shù)在模塊內(nèi)部形成反向集成二極管,可以提高33%的模塊功率密度,熱特性優(yōu)良,模塊電壓電流等級(jí)可以達(dá)到6.5kV/1kA,同時(shí)通過(guò)二極管的門極退飽和控制策略,可以降低器件損耗,具有廣泛的應(yīng)用前景。本文闡述了高壓大功率IGBT模塊、逆導(dǎo)型IGBT的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì),介紹了逆導(dǎo)型IGBT的物理結(jié)構(gòu)與工作原理,建立了內(nèi)部集成二極管的數(shù)學(xué)模型,研究了門極電壓對(duì)二極管特性的影響,并導(dǎo)出了逆導(dǎo)型IGBT內(nèi)部二極管退飽和控制方法。建立了基于門極可控二極管的逆導(dǎo)型IGBT模型,仿真驗(yàn)證了所提模型的有效性,并對(duì)比了 6.5kV逆導(dǎo)型IGBT與普通IGBT+FWD的熱阻回路模型,分析了逆導(dǎo)型IGBT在熱特性上的優(yōu)勢(shì);基于雙脈沖測(cè)試,開展了器件的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性測(cè)試實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了兩電平門極退飽和控制對(duì)模塊動(dòng)態(tài)特性與損耗的優(yōu)化效果,推導(dǎo)了三相逆變器損耗計(jì)算方法,在特定工況下計(jì)算并分析了逆導(dǎo)型IGBT在MW級(jí)逆變器損耗方面的優(yōu)勢(shì)。闡述了 IGBT驅(qū)動(dòng)原理與主參數(shù)計(jì)算方法,完成了 6.5kV逆導(dǎo)型IGBT專用門極驅(qū)動(dòng)器各部分的電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)... 

【文章來(lái)源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：99 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－３．?ＩＧＢＴ應(yīng)用領(lǐng)域分布??Ｆｉ１－３．?Ｔｈｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ＩＧＢＴ?ａｌｉｃａｔｉｏｎ??

目前國(guó)內(nèi)的ＩＧＢＴ芯片產(chǎn)業(yè)主要還是依賴于國(guó)外進(jìn)口，特別是中大功率的??ＩＧＢＴ模塊，被英飛凌、富士、三菱等公司技術(shù)壟斷，根據(jù)２０１７年ＩＧＢＴ產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)，??如圖１－２所示，百分之７４％左右的ＩＧＢＴ芯片來(lái)自于五家大型半導(dǎo)體生產(chǎn)公司，其??中三菱占據(jù)了?２６％的市場(chǎng)，雄踞首位，英飛凌、富士電機(jī)分別占有２０％與１２％的??份額，其余賽米控、Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ占據(jù)５％與１１％的份額，整體的產(chǎn)業(yè)偏向于日本、德??國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家。??富士電機(jī)??英飛凌??２０％??Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ?二菱??５％?２６％??圖１－２．?２０１７全球ＩＧＢＴ產(chǎn)業(yè)分布??Ｆｉｇ?１－２．?Ｔｈｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ＩＧＢＴ?ｉｎｄｕｓｔｒｙ?ｕｎｔｉｌ?２０１７??２０１７年ＩＧＢＴ應(yīng)用領(lǐng)域分布如圖１－３所示，顯示ＩＧＢＴ的市場(chǎng)份額主要被電動(dòng)??汽車、家用電器、基礎(chǔ)設(shè)施、新能源與電力、市政工程等占據(jù)。???其他領(lǐng)域??電動(dòng)汽車?１６．１０％??２４３０％??電力?４．００％??市政工８??４．５０％??新能源基礎(chǔ)設(shè)氣??１１．２０％?１４．３０％??圖１－３．?ＩＧＢＴ應(yīng)用領(lǐng)域分布??Ｆｉｇ?１－３．?Ｔｈｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ＩＧＢＴ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ??其中電動(dòng)汽車占有２４．３％的市場(chǎng)份額，所用ＩＧＢＴ主要為中小功率的ＩＧＢＴ??模塊，應(yīng)用于汽車電子裝置中或電池管理，用于對(duì)電流電壓的整流逆變以及電機(jī)??驅(qū)動(dòng)中，隨著新能源電動(dòng)汽車的進(jìn)一步發(fā)展，所占市場(chǎng)份額會(huì)進(jìn)一步增加；家用??電器占有１７．６％的市場(chǎng)份額

逆導(dǎo)型ＩＧＢＴ并不是全新的概念，它是基于ＭＯＳＦＥＴ集成二極管的思想，最??初開發(fā)于上世紀(jì)九十年代初，其基本設(shè)計(jì)包括具有重疊ｐ?＋和ｎ?＋區(qū)域的短路陽(yáng)極／??集電極結(jié)構(gòu)，以在ＩＧＢＴ內(nèi)提供反并聯(lián)二極管，如圖１－５所示。由于ＩＧＢＴ和二極??管當(dāng)時(shí)處于早期發(fā)展階段，ＲＣ－ＩＧＢＴ性能的理解和優(yōu)化尚未得到重視，此外，ＩＧＢＴ??的發(fā)展重點(diǎn)主要是針對(duì)改進(jìn)的ＩＧＢＴ和二極管設(shè)計(jì)概念和ＭＯＳ控制結(jié)構(gòu)。隨著現(xiàn)??代ＩＧＢＴ和二極管結(jié)構(gòu)的發(fā)展，更多的開發(fā)工作旨在恢復(fù)ＲＣ－ＩＧＢＴ的概念，因?yàn)??這種技術(shù)產(chǎn)生的潛力很大，主要集中在特殊應(yīng)用的額定電壓為１２００Ｖ或更低的低??電壓設(shè)備上。然而，在高電壓范圍內(nèi)，功率高壓ＲＣ－ＩＧＢＴ由于技術(shù)設(shè)計(jì)和工藝過(guò)??程的障礙，在實(shí)際的硬開關(guān)應(yīng)用中尚未對(duì)標(biāo)準(zhǔn)ＩＧＢＴ／二極管方案提出挑戰(zhàn)，主要??矛盾在于：對(duì)ＩＧＢＴ集成二極管等離子體恢復(fù)（即摻雜分布和壽命控制）的ＩＧＢＴ??陰極（發(fā)射極）附近的等離子體增強(qiáng)的矛盾要求；短路陽(yáng)極Ｐ＋和ｎ＋區(qū)域根據(jù)摻雜??濃度（注入效率）最小化設(shè)計(jì)，與ＲＣ－ＩＧＢＴ相關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)快速Ｓｎａｐ?ｂａｃｋ現(xiàn)象??之間的矛盾；在ＩＧＢＴ和二極管操作期間，與正面對(duì)準(zhǔn)的短路陽(yáng)極ｐ＋和ｎ＋區(qū)域布??局設(shè)計(jì)用于受控和最小不均勻的電荷分布；關(guān)于ＩＧＢＴ和二極管的硅和緩沖器設(shè)計(jì)??參數(shù)（厚度和摻雜）與關(guān)斷和反向恢復(fù)柔軟度的匹配１５】１６】［７］。??逆導(dǎo)型ＩＧＢＴ?（ＲＣ－ＩＧＢＴ）將ＩＧＢＴ和二極管功能集成在一個(gè)芯片上

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]逆導(dǎo)型IGBT的發(fā)展及其在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 李曉平,劉江,趙哿,高明超,王耀華,金銳,溫家良.  智能電網(wǎng). 2017(01)
[2]第三代半導(dǎo)體GaN功率開關(guān)器件的發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)[J]. 何亮,劉揚(yáng).  電源學(xué)報(bào). 2016(04)
[3]PIN型功率二極管動(dòng)態(tài)特性物理模型參數(shù)提取[J]. 方春恩,李威,李先敏,李偉,任曉,劉星.  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2015(06)
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博士論文
[1]新型RC-IGBT的研究[D]. 朱利恒.電子科技大學(xué) 2014

碩士論文
[1]基于SiC MOSFET的輔助變流器應(yīng)用研究[D]. 謝佳季.北京交通大學(xué) 2017
[2]應(yīng)用于牽引傳動(dòng)的大功率IGBT的建模和特性研究[D]. 杜韶華.北京交通大學(xué) 2016
[3]基于IGBT寄生參數(shù)的門極驅(qū)動(dòng)技術(shù)[D]. 姜海龍.吉林大學(xué) 2016
[4]IGBT驅(qū)動(dòng)策略與仿真研究[D]. 李文韜.華中科技大學(xué) 2015
[5]大功率IGBT模塊開關(guān)特性測(cè)試平臺(tái)研制及其應(yīng)用[D]. 孫鵬飛.浙江大學(xué) 2015
[6]IGBT功率模塊熱傳導(dǎo)與退化研究[D]. 黃歡.河北工業(yè)大學(xué) 2015
[7]IGBT封裝模塊散熱特性的研究[D]. 潘洋.華中科技大學(xué) 2013
[8]SPT薄穿通IGBT的設(shè)計(jì)[D]. 方偉.電子科技大學(xué) 2011



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