【摘要】：隨著電力電子系統(tǒng)不斷發(fā)展,逆變模塊的重要性日益劇增,其作用為將直流電轉(zhuǎn)化為交流電。在逆變模塊中,需要快恢復(fù)二極管與開(kāi)關(guān)管并聯(lián),以傳導(dǎo)續(xù)流電流。本文旨在設(shè)計(jì)一款用于逆變模塊的高性能高壓快恢復(fù)二極管。本文首先介紹了快恢復(fù)二極管在逆變模塊中的作用,同時(shí)分析了它與開(kāi)關(guān)管之間相互影響的關(guān)系。緊接著介紹了快恢復(fù)二極管的各項(xiàng)靜動(dòng)態(tài)性能參數(shù),分析了其正向?qū)▔航岛头聪蚧謴?fù)特性之間的矛盾折中關(guān)系,并指出優(yōu)化這一折中關(guān)系的關(guān)鍵在于正向?qū)〞r(shí)的基區(qū)載流子分布。之后,本文介紹了優(yōu)化載流子分布的各項(xiàng)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上,提出并設(shè)計(jì)了本文中的帶有金屬槽結(jié)構(gòu)的具有階梯摻雜濃度的快恢復(fù)二極管。本文在基于國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體制造平臺(tái)基本工藝條件的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出了適用于本文所述快恢復(fù)二極管的工藝流程。在該工藝流程的基礎(chǔ)上,通過(guò)各項(xiàng)工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化,完成了快恢復(fù)二極管元胞設(shè)計(jì)與終端設(shè)計(jì),并完成了版圖設(shè)計(jì)。本文所設(shè)計(jì)的快恢復(fù)二極管元胞反向擊穿電壓1437V,電流能力100A,正向?qū)▔航?.61V@200A/cm2。反向恢復(fù)峰值電流IRRM比傳統(tǒng)快恢復(fù)二極管低60%以上,反向恢復(fù)電荷QRR和反向恢復(fù)損耗EOFF低于傳統(tǒng)快恢復(fù)二極管,具有良好的正向?qū)▔航岛头聪蚧謴?fù)特性折中關(guān)系,不易發(fā)生動(dòng)態(tài)雪崩,滿足設(shè)計(jì)要求。
【圖文】：

調(diào)、電動(dòng)砂輪、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車(chē)充電樁、光伏發(fā)電并網(wǎng)、太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)等領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。典型的電壓源逆變器如圖1-1所示[1]，逆變模塊中主要的功率器件除以IGBT、IGCT 等為主的大功率開(kāi)關(guān)器件外，還包括與上述開(kāi)關(guān)器件并聯(lián)的大功率快恢復(fù)二極管器件。電壓源逆變器的交流終端必定要驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，所以為了避免電壓尖峰，當(dāng)器件關(guān)斷電流時(shí)，需要快恢復(fù)二極管作為續(xù)流通道。通過(guò)快恢復(fù)二極管的并聯(lián)，主開(kāi)關(guān)器件的充電時(shí)間得以減少，主開(kāi)關(guān)器件因負(fù)載電流瞬間變向而感應(yīng)產(chǎn)生的峰值電壓亦得到降低。[2]圖 1-1 電壓源逆變器示意圖具體來(lái)說(shuō)，以全橋逆變器為例，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-2 所示，其中 S1～S4為 IGBT 開(kāi)關(guān)管

逆變模塊整體發(fā)熱增加。復(fù)二極管反向恢復(fù)電流過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管額外承受過(guò)大的電流而可時(shí)，疊加過(guò)大的開(kāi)通電流，會(huì)使得開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通損耗增加，最終會(huì)導(dǎo)整體的開(kāi)關(guān)損耗增加。過(guò)長(zhǎng)的反向恢復(fù)時(shí)間會(huì)影響逆變模塊的整體頻例子可以看出，逆變模塊中的快恢復(fù)二極管性能會(huì)極大地影響與其并的工作狀態(tài)，最終會(huì)對(duì)逆變模塊整體造成極大的影響。率半導(dǎo)體器件的不斷發(fā)展，逆變模塊的頻率與功率不斷提高，因此對(duì)管提出了更高的要求。理想的逆變模塊具有如下的性質(zhì)：損耗為零，即具有極高的輸入阻抗，以使驅(qū)動(dòng)電流為零，同時(shí)其驅(qū)路應(yīng)盡量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉。、關(guān)態(tài)損耗為零，即開(kāi)通時(shí)其正向?qū)▔航禐榱悖P(guān)斷時(shí)反向擊穿無(wú)限大且泄漏電流為零。如圖 1-3(a)所示。過(guò)程損耗為零，，即開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗為零，具體地指開(kāi)通時(shí)間和時(shí)間為零。如圖 1-3(b)所示。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN31

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張為佐，白繼彬;電力電子技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向[J];電力電子技術(shù);1996年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 方健;電導(dǎo)調(diào)制器件局域壽命控制技術(shù)[D];電子科技大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2572941