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(guó)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(guó)柔性直流輸電電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵因素。研制國(guó)產(chǎn)高壓大功率壓接型IGBT器件，對(duì)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(duì)壓接型IGBT器件的封裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研制了適用于高壓大功率壓接型IGBT器件的開(kāi)關(guān)特性測(cè)試平臺(tái)。分析了壓接型IGBT器件內(nèi)部封裝寄生電感對(duì)多芯片并聯(lián)時(shí)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(duì)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(shí)間(PlasmaExtraction Transit Time-PETT)振蕩，提出了采用小信號(hào)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(kāi)關(guān)特性測(cè)試平臺(tái)，該平臺(tái)具有機(jī)械壓力均勻的特點(diǎn)?；谠摐y(cè)試平臺(tái)

3、，極大地促進(jìn)了研發(fā)的封裝和測(cè)試進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)了封好即測(cè)，快速準(zhǔn)確地測(cè)量器件的開(kāi)關(guān)特性。在此基礎(chǔ)上，本文提出了同時(shí)采用開(kāi)通和關(guān)斷波形來(lái)提取測(cè)試平臺(tái)換流回路雜散電感的方法，實(shí)現(xiàn)了IGBT開(kāi)關(guān)特性測(cè)試平臺(tái)雜散電感的準(zhǔn)確計(jì)算，為提供權(quán)威的IGBT器件數(shù)據(jù)手冊(cè)提供了基礎(chǔ)?；诜抡嬗?jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法，建立了凸臺(tái)寄生電感的等效電路模型，揭示了凸臺(tái)寄生電感對(duì)并聯(lián)IGBT芯片開(kāi)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(guò)沖最小和電流最均衡的兩種凸臺(tái)布

4、局優(yōu)化方法，仿真分析驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了并聯(lián)IGBT芯片開(kāi)關(guān)瞬態(tài)過(guò)程中的電流分布一致和開(kāi)關(guān)損耗一致。針對(duì)凸臺(tái)布局對(duì)稱，柵極PCB板不對(duì)稱的布局方式，建立了并聯(lián)IGBT芯片驅(qū)動(dòng)回路的等效電路模型?；趯?shí)驗(yàn)測(cè)量的方法，測(cè)量了各個(gè)IGBT芯片驅(qū)動(dòng)回路阻感參數(shù)，通過(guò)仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究了柵極PCB板不對(duì)稱情況下，并聯(lián)IGBT芯片開(kāi)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(tái)對(duì)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(kāi)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(guò)空間電荷區(qū)引起的空間電荷效應(yīng)，提出采用小信號(hào)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(cè)試電壓之間的關(guān)系。通過(guò)理論分析，提出了抑制PETT振蕩的方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)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