該文從理論分析與建模計算2個方面研究電極結(jié)構(gòu)與空間布置對壓接型IGBT器件內(nèi)部多芯片并聯(lián)均流的影響。首先,從理論上分析電極結(jié)構(gòu)對IGBT芯片和FRD芯片的并聯(lián)均流特性的影響機理,并比較主動和被動均流模式下影響機理的差異。進(jìn)而詳細(xì)對比分析了時域等效電路方法與頻域有限元方法的特點與優(yōu)勢。最后,在被動注入模式下計算4種典型結(jié)構(gòu)下器件內(nèi)部的動態(tài)均流特性。計算結(jié)果表明:發(fā)射極電極圓周化布置,在對稱的外部電磁條件下可以明顯優(yōu)化器件內(nèi)部的并聯(lián)均流特性。但是當(dāng)器件連接外部不對稱匯流母排后,該布置方案收效甚微,甚至有加劇不均流的風(fēng)險;發(fā)射極電極刻槽,在對稱或者不對稱的外部電磁條件下,都能對器件內(nèi)部的動態(tài)均流特性加以改善。 

【文章來源】：中國電機工程學(xué)報. 2020,40(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：13 頁

【部分圖文】：

壓接型IGBT器件內(nèi)部的動態(tài)電流分布t/s(b)IGBT支路電流集電極電6570758085905010101107030

?ǔＰ枰?臚獠炕懔髂概?相連接。對于具有較大直徑的壓接型IGBT器件，不同芯片支路與外部匯流母排之間的互感可能存在明顯差異。在設(shè)計IGBT器件內(nèi)部的電極結(jié)構(gòu)時，也需要評估外部匯流母排對動態(tài)均流的影響。此時，采用時域等效電路方法就會非常不便。因為該方法不僅需要補充提取外部母排與內(nèi)部支路之間的互感，還需要重新進(jìn)行元件封裝與電路仿真，工作量巨大，且缺乏繼承性。然而，頻域有限元方法則不存在這樣的困擾。為了評估非對稱條件下IGBT器件內(nèi)部的動態(tài)均流特性，本文在圖6的基礎(chǔ)上建立了如圖12所示的三維渦流場有限元模型。為了減小計算量，本文根據(jù)計算場域的對稱性，只對原場域的1/4部分進(jìn)行計算。其中，xz平面被設(shè)置為理想磁導(dǎo)體邊界402002020400x位移/cmy位移/cm無窮遠(yuǎn)域壓力墊塊IGBT匯流母排04020z位移/cmyzx40圖12不對稱外部母排下IGBT并聯(lián)均流有限元模型Fig.12CurrentsharingfiniteelementmodelofIGBTswithasymmetricbus

致鄄煌?姆掄婕撲惴椒ā?2壓接型IGBT器件內(nèi)部多芯片并聯(lián)均流特性的建模計算方法2.1主動開關(guān)模式下的時域等效電路方法對于壓接型IGBT器件內(nèi)部芯片級并聯(lián)均流的建模計算，如今學(xué)界和工業(yè)界普遍采用的是時域等效電路方法。該方法通過提取器件內(nèi)部的封裝寄生參數(shù)，結(jié)合IGBT與FRD芯片的電路模型，得到類似圖2的并聯(lián)等效電路，進(jìn)而在主動開關(guān)模式下開展電路級并聯(lián)均流仿真研究。本文基于該方法，研究3.3kV/1500A壓接型IGBT器件的多芯片并聯(lián)均流特性。其中主要的建模和計算流程如圖3所示。首先，根據(jù)實際器件的結(jié)構(gòu)開展幾何建模并做適當(dāng)?shù)暮喕幚恚山Y(jié)構(gòu)文件。之后將結(jié)構(gòu)文件導(dǎo)入到商業(yè)化的電磁參數(shù)提取軟件中，設(shè)置材料參數(shù)和匯流端口，獲取寄生電磁元件的網(wǎng)表文件。進(jìn)一步將網(wǎng)表封裝為一個多端口的電路元件，導(dǎo)入電路仿真軟件中，并與現(xiàn)有的IGBT和FRD芯片元件連接。最后，將整個器件模結(jié)構(gòu)設(shè)計電路仿真電磁參數(shù)提取圖3基于等效電路方法的壓接型IGBT器件內(nèi)部并聯(lián)均流的仿真流程Fig.3SimulationflowforcurrentsharinginapresspackIGBTdevicebasedontheequivalentcircuitmethod型接入雙脈沖或BULK電路中，開展動態(tài)均流仿真。一組典型的動態(tài)均流仿真結(jié)果如圖4(b)所示，此時各柵極回路的寄生元件都設(shè)置為相同的參數(shù)值。從圖4(b)可以看到，各個芯片支路之間存在明顯的動態(tài)不均流。開通時，頂角位置的IGBT-11支路上電流過沖尤為明顯；關(guān)斷時，中心位置的IGBT-33支路上存在關(guān)斷延遲且存在明顯的電流過沖。(a)IGBT芯片布局t/s(b)IGBT支路電流集電極電流/A657075808521017013090501010190


本文編號：3337370