本文關鍵詞：智能功率驅動芯片IGBT柵極控制方法研究與實現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：單片集成智能功率驅動芯片,因其集成度高、功耗低、可靠性高等特點,在高可靠性和低功耗的電力電子應用系統(tǒng)中(如電機驅動、電源管理等)有著廣泛的應用。由于絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)作為功率輸出級被集成在智能功率芯片中,其在開關階段的過沖和損耗對單片智能功率芯片的可靠性和功耗帶來嚴重影響。IGBT柵極控制技術作為單片智能功率驅動芯片的核心技術之一,能夠有效控制IGBT開關階段過沖和損耗,對單片智能功率驅動芯片的可靠性和功耗有著決定性的作用。本文通過對IGBT的傳統(tǒng)柵極控制技術進行深入地研究,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)柵極控制技術通過加快IGBT的開關速度來減小其開關損耗,然而,這會帶來較大的電壓或電流過沖,導致對單片智能功率驅動的可靠性帶來負面影響；通過減小IGBT的開關速度來減小電壓電流過沖,但這又會產生較大的開關損耗,從而導致單片智能功率驅動芯片的損耗增加。因此,IGBT的開關過沖和開關損耗的關系需要折衷優(yōu)化。而傳統(tǒng)的柵極控制技術通過改變柵極電阻的方法來對IGBT開關過沖和開關損耗進行控制,其折衷優(yōu)化效果一般,不能滿足單片智能功率芯片對高可靠性和低功耗的要求。本文提出的梯度調制閉環(huán)柵極控制技術,分別在開通和關斷兩個階段通過對IGBT集電極電壓dvc/dt和電流梯度dic/dt的調制,達到對IGBT開關過沖和開關損耗之間的折衷優(yōu)化,從而抑制開關過沖和降低開關損耗。為了確定IGBT開關過程中過沖和損耗之間的關系,本文基于梯度調制技術推導了二者的函數(shù)關系,其可作為柵極控制技術實際應用的理論依據(jù)。本文提出的梯度調制閉環(huán)IGBT柵極控制技術基于600V 0.5μm Bipolar-CMOS-DMOS (BCD)工藝進行流片。測試結果表明,相對于傳統(tǒng)柵極控制技術,本文的柵極控制技術下的IGBT在開關階段的電壓過沖和電流過沖分別減小了57.9%和56.8%,關斷損耗和開通損耗分別降低了12.9%和7%,在抑制IGBT開關過沖和降低IGBT開關損耗方面具有很大的優(yōu)勢。
【關鍵詞】：智能功率驅動芯片 開關過沖 開關損耗 絕緣柵雙極型晶體管 閉環(huán)控制
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN322.8
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 智能功率驅動芯片概述9-10
• 1.2 柵極控制技術概述10-14
• 1.2.1 柵極控制技術國內外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 柵極控制技術發(fā)展趨勢14
• 1.3 研究內容與設計指標14-15
• 1.3.1 研究內容14-15
• 1.3.2 設計指標15
• 1.4 本文論文組織15-17
• 第二章 功率器件IGBT及其傳統(tǒng)柵極控制技術分析17-27
• 2.1 功率器件IGBT17-22
• 2.1.1 功率器件IGBT的發(fā)展17-18
• 2.1.2 IGBT內部結構18-20
• 2.1.3 IGBT開關特性20-22
• 2.2 IGBT柵極控制要求22-23
• 2.3 傳統(tǒng)柵極控制技術存在的問題23-26
• 2.4 本章小結26-27
• 第三章 柵極控制技術中IGBT開關過沖和損耗分析27-33
• 3.1 電流電壓過沖產生機理分析27-29
• 3.1.1 電流過沖27-28
• 3.1.2 電壓過沖28-29
• 3.2 開關損耗分析29-31
• 3.3 本章小結31-33
• 第四章 閉環(huán)柵極控制技術設計與實現(xiàn)33-55
• 4.1 閉環(huán)柵極控制技術概述33-35
• 4.1.1 集電極電壓V_(CE)或集電極電流I_C閉環(huán)控制技術33-34
• 4.1.2 集電極電壓梯度dv_C/dt或集電極電流梯度di_C/dt閉環(huán)控制技術34-35
• 4.2 新型梯度調制閉環(huán)柵極控制技術原理與架構35-39
• 4.2.1 梯度調制閉環(huán)柵極控制技術原理36-38
• 4.2.2 梯度調制閉環(huán)柵極控制技術架構38-39
• 4.3 梯度調制閉環(huán)柵極控制技術的電路設計39-45
• 4.3.1 運算放大器設計39-41
• 4.3.2 負壓轉換器設計41-42
• 4.3.3 輸出緩沖器設計42-44
• 4.3.4 dv_C/dt和di_C/dt采樣電路設計44-45
• 4.4 梯度調制閉環(huán)柵極控制技術小信號分析45-48
• 4.4.1 IGBT小信號等效電路及相關參數(shù)45-46
• 4.4.2 梯度調制閉環(huán)控制技術小信號傳遞函數(shù)推導46-48
• 4.5 梯度調制閉環(huán)柵極控制技術開關損耗分析48-51
• 4.5.1 關斷損耗分析48-49
• 4.5.2 開通損耗分析49-51
• 4.6 總體電路仿真分析51-53
• 4.7 本章小結53-55
• 第五章 芯片版圖設計與測試55-65
• 5.1 SOI-BCD工藝簡介55-57
• 5.2 版圖設計57-58
• 5.2.1 版圖設計規(guī)則57-58
• 5.2.2 電路版圖58
• 5.3 測試結果分析58-63
• 5.3.1 雙脈沖測試60-61
• 5.3.2 關斷電壓過沖與關斷損耗測試61-62
• 5.3.3 開通電流過沖與開通損耗測試62-63
• 5.4 本章小結63-65
• 第六章 總結與展望65-67
• 6.1 總結65
• 6.2 展望65-67
• 致謝67-69
• 參考文獻69-73
• 碩士期間取得成果73

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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  本文關鍵詞：智能功率驅動芯片IGBT柵極控制方法研究與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：265481