SPT_下一代低损耗高压IGBT

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 器件与棋块 《电力 予 》 侧拍 年 期 叮 , 下一代低损耗高压 , 一 一 北京工业大学 胡冬街 译 引言 直到不久前 , 人们还认为要使当前 性能得到更 大改善 , 沟槽结构是唯一的可能 。 现在 , 我们首次证明 , 对 , 将增强型平面单元与成熟的软穿通 概念相结合 , 还可以获得损耗更低的高性能 。 我们将 这种新研发的低功耗技术称为 “ ” 。 通过绘图得到的关断损耗和通态电压之间的关系曲 线 , 强烈依赖于制造技术 亦即 “ 技术曲线 ” 。 因此 , 要想 同时降低这两个参数只能通过改进阴极和硅片设计来实现 。 新型 与 一 相比 , 在保持低关断损耗 。 的同时 , 一一进而通态损耗一一降低将近 , 正如图 所示 。 新型 技术取得的损耗折衷与采用沟槽技术 取得的效果不相上下 。 而采用增强型平面结构是为了获得 高耐度 , 高耐度与平面技术相关联 , 这在以前出版的文献 中已说明 。 本论文的结果显示 , 除了具有低 通态损耗和开关损耗 , 还具有高短路电流承受能力和世界 级水平的关断耐度 。 另外 , 软穿通结构使器件具有 良好的 开关控制能力和软关断波形 。 我们检测了新型 ‘ 圈 技术生产的 左 和高绝缘 右 模块 台 代旧 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 《电力电子 年 期 器件与棋块 的设计和主要特性 , 另外还检测了新型 在 标准和高绝缘 模块领域的应用 , 如 图 所示 。 它在损耗和 确定的新工业标准 , 将为高压 系统设计者 , 在保持 最新强度要求下 , 提供了更 简单的冷却设备和更高的参数值 。 盯 芯片技术 下一代 十 芯片采用了特殊设计 , 以 便在维持低开关损耗的情况下充分降低通态损耗 。 但是 , 这 种方法必须综合考虑损耗和动态 能力 、 抗宇宙射线诱 生失效免疫力和光滑的开关行为等 , 并在各参数选择之间 慎重折衷 。 新型 十 技术 , 采用增强载流子分布技术进 行单元优化 , 它和先进的 、 极具耐度的平面单元设计相兼 容 。 另外 , 新近优化软穿通 缓冲层概念可以大大减薄 一 基区的厚度而不需要对其它电参数折衷 。 缓冲层的 一个主要特征是它允许收集结电流在关断瞬态光滑下降 , 这就是 “软穿通 中 ” 中 “软 ” 的意思 。 由于增强型单 元设计和薄片技术 , 使新型 十 我的技 术曲线达到一个新的工业标准 。 新型 缓冲层 , 与优化 阳极设计相结合 , 使短路控制能力进一步提高 , 具有较高 的短路安全工作区 。 图 模块 下愉出特性 图 模块 和 条件下的通态特性 棋块的电性能 我们对采用新型低功耗 十 芯片的 模块的静态特性和动态特性进行了评估 , 结 果如下 静态特性 为了说明新技术 的一般特性 , 我们首先在图 中给出了 模块在 ℃时 、 不同栅压下的 输出特性 。 新型增强型 单元设计与基区厚度 减薄相结合 , 使其通态损耗与当前 结构 相比下 降了 。 我们的结果显示 , 在额定电流下 , 模块 通态压降的典型值分别是 ℃下 和 ℃下 。 这 些值是在电流密度为 条件下对芯片进行测试得到 的 。 通态特性模块级测试结果如图 所示 。 另外 , 除了具有非常低的通态损耗 , 十 特性 曲线还显示即使在低电流水平 , 器件电压也具有明显的正 温度系数 。 这一特性对芯片并联以及模块来说是至关重要 的 , 尤其是对具有高电流值的诸如 模块 , 它可以避 免器件并联造成电流失配 。 模块中的续流二 极管 , 也具有低通态压降和些微的正温度系数 , 在额定 电流下 , ℃和 ℃下的压降分别为 和 。 开关特性 图 给出了标准条件下 , 模块的关断特性 。 测试是在温度 ℃ 、 标称电流 下进行的 , 直流电压为 。 正如图 所示 , 牛 开关瞬态 , 电 流波形非常光滑 , 拖尾电流很短 , 没有急变 。 这一行为得 益于 缓冲区和硅片的特殊处理 。 由于需要被抽出的过 剩载流子较少 , 电流的拖尾过程很短 , 从而关断损耗可以 保持在低值 焦耳 。 这样就使开关速度快 , 功耗低 , 拖 尾电流短 , 过冲电压低 , 电磁干扰 弱 , 各参量间取得 完美平衡 。 图 给出了相同条件下的开通波形 。 能设计出具有低 通态损耗 和二极管 , 得益于 二极管的优化设 计以及 的低输入电容加快了 的下降时间 。 在温 度 ℃ 、 为 “ 、 栅电阻 欧姆的标 称条件下 , 模块的开通损耗典型值为 焦耳 。 的关断和开通损耗随集电极电流和栅电阻的变化分别如图 和图 所示 。 的 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 《电力电子 , 年 期 器件与模块 “ ” 能力 , 我们做了进一步的实验 。 于是在温度 ℃ 、 直流电压 、 寄生电感 高于标准值 以 及电流高达 倍的标称值条件下对 注 原文 为 ” , 疑为笔误 模块进行了测试 。 由图 可以 看出 , 在此条件下模块可以从容承受 。 图 , 关断波形 二 , 二 , 二 , , 二 , 二 图 在 、 ·‘ ” 关断波形 二 , 二 , 二 , 二 , 二 关断过程的总能耗是 焦耳 , 峰值功耗为 。 工作模式结果良好 , 自钳位电压为 。 器件 保持在 模式下的时间近似 “ 。 通过使 模 块承受 , 器件一直到自钳位电压值都可以具有方形 。 相应的方形 曲线如图 所示 。 高动态 耐度 、 光滑的开关特性 , 使用户在对诸如缓冲器或钳位 器等进行系统设计时 , 不需要考虑 或峰值电压限 制 , 从而可 以获得最大的设计 自由度 。 圈 开通波形 二 , 二 , 二 , 二 , 二 电阻比传统技术要求的值低得多的条件下 。 这使器件关断 过程中延时更短 , 它不仅可以降低关断损耗同时也可以改 善模块中各 芯片的电流均匀性 。 耐度强的特性 , 在 和二极管的开通过程中也显现出来 。 开通波形显示 安全工作的电流变化率 达 、 峰值电流 为 。 为了确定 模块的开关自钳位 图 方形反偏安全 工作区 曲线 短路特性 新型 在 ℃和 ℃的高耐短路性能也分别 通过图巧 和图 表现出来。 波形显示的是 刃 岌 水 模块 , 在 直流钊玉下 , 短路电流脉冲为 林 的隋形。 得益于 芯片优化和模块的内部布局 , 电流波形 可控 、 连续 , 无寄生振荡 。 电流波形显示 , 短路 电流 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 器件与棋块 《电力电子 》 年 期 在 ℃下平均值近似为 , ℃下 。 为了使 器件具有高短路 性能 , 对用于 的 缓冲层和阳极设计进行了优化 , 它甚至可以在栅驱动 电压超过 的条件下承受短路 。 气压缩制冷应用来说 , 在 到 频段 , 输出 电流可以增加 一 。 结论 与工艺级 比较 , 新开发的 在保持低关断损耗的情况下 , 通态损耗下降 , 从而为 的性能设定了新的工业标准 一 在开关过程和短路清况下都取得了极高的耐度 , 同时与当前 一 具有同样低的电磁干扰度 。 本论文给 出了此下一代 用于 模块的电性能 , 结果显示 平面技术获得的 , 在保持其优越性的 同时 , 其损耗可以和沟槽技术 相匹敌 。 对这项新技术 , 将进行镜像优化 , 这可能进一步改 善其性能 。 具有 结构的产品 , 在某些电压段将在 年商品化 。 图 ℃ 波形 二 , “ , 二 , 二 , 二 参考文献 【 “ 一 ” ’ , , , 【 】 , ‘ 眼一 一 飞一 ‘ ’ ” , 详 电 罗 ’ 抖 , , , 一 胶模块频率特 性图 在 ℃下 , 新型低损耗 模块与当前 一 模块用于逆变器的输出电流和开关频 率的计算曲线如图 所示 。 由图可以看出 , 在整个开关 频段 , ’ 的电流能力输出明显要高 。 在逆变器设计 中 , 如果除了改用 不做其它任何改变 , 对典型的空 新掀芯片式热电祸‘高电压可达 最近开始供应最高电压达 的芯片 式热电祸 , 这种 具有 封装 , 能 处理高达 的额定电流 。 表示 , 这个 额定电流意味着其极限点 , 而将数个 热敏电 阻并联 , 则可达到更高的额定电流 。 该组件代码 为 。 该公司进一步指出 , 由于之前同类产品的最 高电压被限制在 , 因此新的 组件能弥补 目前同类型系列产品的不足之处 。 同时 , 在新产 品推出后 , 将能满足可处理供电电压 解决的要求 , 如此该 将可适用于初级线 圈侧应用 , 或是在次级线圈侧作为与电源线不慎 接触时的过压保护 。 价旧 称的