高壓大功率壓接型IGBT器件并聯(lián)芯片瞬態(tài)電流特性研究.pdf

1、隨著我國新能源的發(fā)展，高壓大功率壓接型IGBT器件作為換流閥以及斷路器中的核心器件，已經(jīng)成為制約我國柔性直流輸電電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵因素。研制國產(chǎn)高壓大功率壓接型IGBT器件，對于降低電網(wǎng)建設(shè)成本，提高清潔能源的消納能力具有重要的意義。針對壓接型IGBT器件的封裝結(jié)構(gòu)特點，研制了適用于高壓大功率壓接型IGBT器件的開關(guān)特性測試平臺。分析了壓接型IGBT器件內(nèi)部封裝寄生電感對多芯片并聯(lián)時的瞬態(tài)電流分布特性的影響，并提出了封裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。針對并

2、聯(lián)IGBT芯片在關(guān)斷拖尾階段的高頻等離子體抽取渡越時間(PlasmaExtraction Transit Time-PETT)振蕩，提出了采用小信號分析方法研究IGBT關(guān)斷拖尾階段空間電荷區(qū)載流子引起的空間電荷效應(yīng)，提出了抑制PETT振蕩方法，成功抑制了大功率壓接型IGBT器件在關(guān)斷拖尾階段的PETT振蕩，提高了器件的可靠性。
　　本文研制了高壓大功率壓接型IGBT器件開關(guān)特性測試平臺，該平臺具有機械壓力均勻的特點。基于該測試平臺

3、，極大地促進了研發(fā)的封裝和測試進度，實現(xiàn)了封好即測，快速準確地測量器件的開關(guān)特性。在此基礎(chǔ)上，本文提出了同時采用開通和關(guān)斷波形來提取測試平臺換流回路雜散電感的方法，實現(xiàn)了IGBT開關(guān)特性測試平臺雜散電感的準確計算，為提供權(quán)威的IGBT器件數(shù)據(jù)手冊提供了基礎(chǔ)?；诜抡嬗嬎愫蛯嶒灉y量的方法，建立了凸臺寄生電感的等效電路模型，揭示了凸臺寄生電感對并聯(lián)IGBT芯片開關(guān)瞬態(tài)電流分布特性的影響。在此基礎(chǔ)上，提出了電流過沖最小和電流最均衡的兩種凸臺布

4、局優(yōu)化方法，仿真分析驗證了該方法的有效性。最后，提出圓周形布局方法，這種方法實現(xiàn)了并聯(lián)IGBT芯片開關(guān)瞬態(tài)過程中的電流分布一致和開關(guān)損耗一致。針對凸臺布局對稱，柵極PCB板不對稱的布局方式，建立了并聯(lián)IGBT芯片驅(qū)動回路的等效電路模型?；趯嶒灉y量的方法，測量了各個IGBT芯片驅(qū)動回路阻感參數(shù)，通過仿真分析和實驗驗證研究了柵極PCB板不對稱情況下，并聯(lián)IGBT芯片開通瞬態(tài)電流分布特性，并結(jié)合這部分研究結(jié)果與凸臺對電流分布特性的影響，提出

5、了雙針+雙層PCB板的結(jié)構(gòu)，仿真結(jié)果表明，這種封裝結(jié)構(gòu)可以極大地改善并聯(lián)IGBT芯片開通瞬態(tài)電流的一致性。分析了IGBT關(guān)斷拖尾階段，載流子穿過空間電荷區(qū)引起的空間電荷效應(yīng)，提出采用小信號特性分析的方法研究了空間電荷區(qū)的電壓、電流關(guān)系，揭示了PETT振蕩與封裝寄生電感、測試電壓之間的關(guān)系。通過理論分析，提出了抑制PETT振蕩的方法，實驗結(jié)果驗證了該方法的有效性。最后，將本文提出的方法應(yīng)用于高壓大功率的壓接型IGBT器件，成功的抑制了器件