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IGBT半桥模块寄生电感的研究与优化

IGBT半桥模块寄生电感的研究与优化

作者：谷彤浙江大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术越来越广泛地应用于电力系统等高压大功率应用场合,电力电子变流装置在工作过程中所处理的电压与电流等级急剧上升,大功率变流器对半导体开关器件的功率等级要求越来越高。当单个器件不能满足应用的需求时,使用内部封... 详细信息

随着电力电子技术越来越广泛地应用于电力系统等高压大功率应用场合,电力电子变流装置在工作过程中所处理的电压与电流等级急剧上升,大功率变流器对半导体开关器件的功率等级要求越来越高。当单个器件不能满足应用的需求时,使用内部封装有两个或多个器件的功率模块是当前应对大电流高功率应用需求的一个重要方向。绝缘栅双极型晶体管(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor)作为一种新型的全控型器件,具有许多优于其他电力电子器件的特性,IGBT功率模块广泛应用于电力电子变流装置中,其性能影响着变流装置的电磁特性、工作可靠性、体积等问题。因此,对IGBT功率模块的结构和特性进行研究非常有必要并且具有重要的意义,论文重点研究了IGBT半桥模块的寄生电感相关问题。本文从分析一系列IGBT功率模块出发,研究了其基本特性,包括三维结构特性、热学特性及电气特性,并且利用有限元软件ANSYS对模块的热传递过程进行了仿真。然后,对IGBT半桥模块寄生电感的作用机理进行研究。针对寄生电感在实际应用中会引起芯片过电压及较大的关断损耗、电磁干扰等问题,设计了一种采用新型芯片布局方式的IGBT半桥模块结构,该设计考虑了半桥模块在电力电子电路中的工作方式与模块内部各元件的工作状态,将工作在同一换流回路中的各元件放置在一起,减小了模块内部换流通路的长度,从而减小其带来的寄生电感值。为了验证新设计的有效性,制作了具有相同封装尺寸的新型及传统型IGBT半桥模块,本文基本覆盖了IGBT半桥模块制作的全部流程。搭建了电感测试电路对制作完成的两种模块进行公平测试比较。实验结果表明,在模块和外部电路接口不变的情况下,新型模块的寄生电感比传统型减少了35%。

关键词： IGBT 半桥模块寄生电感芯片布局

基于半桥模块的母排设计与并联IGBT均流分析

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电力电子技术 2021年第10期55卷 23-26页

作者：张红波周宏然齐彦军林卫星特变电工新疆新能源股份有限公司陕西西安710000 特变电工西安柔性输配电有限公司陕西西安710000

针对大容量储能变频器的并联绝缘栅双极型晶体管(IGBT)均流问题,首先建立半桥模块功率回路杂散参数与不均流度的数学模型,分析功率回路杂散参数对并联IGBT均流的影响。然后提出一种基于半桥模块的母排设计方案,借助Maxwell,PSIM仿真工... 详细信息

针对大容量储能变频器的并联绝缘栅双极型晶体管(IGBT)均流问题,首先建立半桥模块功率回路杂散参数与不均流度的数学模型,分析功率回路杂散参数对并联IGBT均流的影响。然后提出一种基于半桥模块的母排设计方案,借助Maxwell,PSIM仿真工具提取母排杂散参数并迭代优化。最终搭建基于半桥模块的4并联IGBT双脉冲试验台。试验结果表明,并联IGBT功率回路杂散电感、杂散电阻偏差值与不均流度正相关,通过对母排多次迭代优化设计,最终降低了并联IGBT动态和静态不均流度,验证了功率回路数学模型的正确性。

关键词：储能变频器绝缘栅双极型晶体管半桥模块杂散参数

一种低寄生参数高功率密度GaN半桥模块研究

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电力电子技术 2024年第8期58卷 121-124页

作者：廖志凌桂久衡王华佳陈兆岭江苏大学电气信息工程学院江苏镇江212000 国网山东省电力公司电力科学研究院山东济南250000

针对高频环境下寄生参数引起氮化镓(GaN)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关损耗大的问题,提出一种基于GaN开关器件的半桥电路集成方案。该方案的实现基于寄生参数较低的高功率密度GaN半桥模块(GS66516T),通过有限元分析提取寄... 详细信息

针对高频环境下寄生参数引起氮化镓(GaN)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关损耗大的问题,提出一种基于GaN开关器件的半桥电路集成方案。该方案的实现基于寄生参数较低的高功率密度GaN半桥模块(GS66516T),通过有限元分析提取寄生参数联合电气模型参数仿真分析,从而实现驱动电路和功率环路的优化设计。最后,研制一台4kW两相交错并联降压变换器原理样机,并搭建双脉冲测试(DPT)平台用于分析测试实验中寄生参数对开关过程的影响。实验结果表明,该样机可实现功率密度536.19 W/in^(3),峰值效率97.65%,并具有较好的动态开关特性。

关键词：半桥模块寄生参数双脉冲测试

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纳米银双面烧结SiC半桥模块封装技术

电子机械工程 2023年第4期39卷 37-41页

作者：张兆华孟伟崔凯胡永芳南京电子技术研究所江苏南京210039

为满足雷达阵面高功率密度的需求,SiC宽禁带半导体器件在电源模块应用中逐步取代传统硅功率器件。传统焊接及导电胶粘工艺存在导电性能差、热阻大、高温蠕变等缺点,无法发挥SiC功率器件高结温和高功率的优势。纳米银烧结是大功率器件最... 详细信息

为满足雷达阵面高功率密度的需求,SiC宽禁带半导体器件在电源模块应用中逐步取代传统硅功率器件。传统焊接及导电胶粘工艺存在导电性能差、热阻大、高温蠕变等缺点,无法发挥SiC功率器件高结温和高功率的优势。纳米银烧结是大功率器件最合适的界面互连技术之一,具有低温烧结高温使用的优点和良好的高温工作特性。文中针对高功率电源模块大电流传输对低压降及高效散热的需求,基于高功率半桥电源模块开展了SiC芯片的纳米银双面烧结工艺技术研究,突破了成型银焊片制备、纳米银焊膏高平整度点涂、无压烧结等关键技术,并通过烧结界面微观分析以及芯片剪切强度和焊片剥离强度测试对烧结工艺参数进行了优化。最后对半桥模块进行了静态测试和双脉冲测试。该模块的栅极泄漏电流<1.5 n A,开关切换时间<125 ns,漏极电压过冲<12.5%,满足产品应用需求。

关键词：纳米银焊膏双面烧结无压烧结 SiC MOSFET 半桥模块

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一种低寄生电感IGBT半桥模块

机电工程 2014年第4期31卷 527-531页

作者：谷彤程士东郭清周伟成盛况浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)半桥模块的寄生电感在实际应用中会引起芯片过电压及较大的关断损耗、电磁干扰等问题,设计了一种采用新型芯片布局方式的模块结构。设计中考虑了半桥模块在电力电子电路中的工作方式与模块内部各元件的工... 详细信息

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)半桥模块的寄生电感在实际应用中会引起芯片过电压及较大的关断损耗、电磁干扰等问题,设计了一种采用新型芯片布局方式的模块结构。设计中考虑了半桥模块在电力电子电路中的工作方式与模块内部各元件的工作状态,分析了通路寄生电感的作用机理,将工作在同一换流回路中的各元件放置在一起,减小了模块内部换流通路的长度,从而减小了其带来的寄生电感值。为保证功率模块封装的兼容性,制作了具有相同封装尺寸的传统商用型IGBT半桥模块与采用了新型芯片布局方式的IGBT半桥模块,搭建了电感测试电路对制作完成的两种模块进行公平地测试比较。实验结果表明,在模块和外部电路接口不变的情况下,新型模块的寄生电感比传统型减少了35%。

关键词：绝缘栅双极型晶体管半桥模块寄生电感芯片布局 insulated gate bipolar transistor(IGBT)

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电动汽车用功率模块功率循环测试装置的研制

半导体技术 2020年第10期45卷 809-815页

作者：邓二平赵雨山孟鹤立陈杰赵志斌黄永章新能源电力系统国家重点实验(华北电力大学) 北京102206

高功率密度的功率模块是电动汽车的关键部件,其长期可靠性直接关系到电动汽车的可靠性,功率循环实验是检验功率模块可靠性的有效方法之一。针对电动汽车用功率模块对功率循环测试装置的需求以及测试标准AQG324的要求,搭建了15 kW/750 A... 详细信息

高功率密度的功率模块是电动汽车的关键部件,其长期可靠性直接关系到电动汽车的可靠性,功率循环实验是检验功率模块可靠性的有效方法之一。针对电动汽车用功率模块对功率循环测试装置的需求以及测试标准AQG324的要求,搭建了15 kW/750 A功率循环测试装置,装置具有宽水温调节、高结温适应、精确测量以及多参数控制的特点。选用了3个不同封装工艺技术62 mm焊接式IGBT半桥模块,结合AQG324标准验证了装置的秒级功率循环实验能力以及可靠性,同时进行了功率循环实验和瞬态热阻抗测试,该装置能够满足电动汽车功率模块(IGBT或MOSFET模块)的功率循环测试需要,验证了测试装置的有效性和可靠性。

关键词：功率循环瞬态热阻抗半桥模块 IGBT MOSFET 可靠性

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元器件与组件

今日电子 2004年第1期 64-65页

SOD-523封装的二极管肖特基二极管SDM03U40、SDM10U45、SDM20U30、SDM20U40,开关二极管1N4148WT和1N4448HWT采用超微型SOD-523封装。

关键词：肖特基二极管折射板开关 IGBT 晶体管半桥模块光耦合器