IGBT機理建模及驅動問題研究.pdf

1、絕緣柵雙極型晶體管（insulated gate bipolar transistor, IGBT）在物理結構上等效于一個由金屬氧化物半導體場效應晶體管（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET）驅動的電力晶體管（giant transistor, GTR），具有高輸入阻抗、低導通壓降、驅動電路簡單等特點。因開關頻率和輸出功率，IGBT在電力電子領域得到廣泛應用，

2、但是其開關損耗、不正確使用及失效與系統(tǒng)效率和可靠性密切相關。因此，本文對IGBT機理模型進行研究，通過獲取專用的IGBT模型，使用結構參數(shù)表征器件差異性，并基于機理模型對驅動進行分析和優(yōu)化，實現(xiàn)提高器件可靠性和系統(tǒng)效率的目的。
　　本文詳細介紹了IGBT器件的結構特征和工作機理，使用電子和空穴的運動敘述器件開關過程及輸出特性。還通過分析IGBT器件的主要建模方法，確定以機理建模作為本課題的研究內容。
　　在分析和推導Hefn

3、er模型的基礎上，本文提出了改進的IGBT機理模型，即分開建立開通模型和關斷模型，修正了Hefner模型輸出在IGBT關斷暫態(tài)出現(xiàn)超前實驗輸出的情況。通過IGBT器件的實際輸出與模型輸出的比較，驗證了改進后模型的正確性和精確度。同時以結構參數(shù)表征器件的差異性，提出了基于神經網(wǎng)絡優(yōu)化算法對模型參數(shù)進行閉環(huán)辨識的方法，獲得了具有器件表征意義的IGBT模型。仿真結果說明辨識參數(shù)后的改進模型達到了更高的精確度，實現(xiàn)了IGBT器件輸出的精確預測。

4、
　　IGBT器件的門極驅動電路是影響 IGBT器件輸出特性的重要因素。本文在IGBT機理模型的基礎上，針對兩個不同的優(yōu)化目的，提出了相應的優(yōu)化策略。其一是針對同類型器件存在差異性導致器件輸出不一致的問題，通過探討模型參數(shù)與器件輸出的影響關系，以及驅動電路模型的具體內容，提出了根據(jù)模型參數(shù)值的變化方向，改變外部特征量，即驅動電阻、極間電容和寄生電感數(shù)值的方法，以實現(xiàn)IGBT器件輸出的一致性；其二是為了實現(xiàn)IGBT器件的可靠性快速輸