本文關(guān)鍵詞：智能功率驅(qū)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(qū)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(qū)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(guān)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(shù)作為單片智能功率驅(qū)動芯片的核心技術(shù)之一,能夠有效控制IGBT開關(guān)階段過沖和損耗,對單片智能功率驅(qū)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(shù)進行深入地研究,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)柵極控制技術(shù)通過加快IGBT的開關(guān)速度來減小其開關(guān)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(qū)動的可靠性帶來負面影響；通過減小IGBT的開關(guān)速度來減小電壓電流過沖,但這又會產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗,從而導致單片智能功率驅(qū)動芯片的損耗增加。因此,IGBT的開關(guān)過沖和開關(guān)損耗的關(guān)系需要折衷優(yōu)化。而傳統(tǒng)的柵極控制技術(shù)通過改變柵極電阻的方法來對IGBT開關(guān)過沖和開關(guān)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(diào)制閉環(huán)柵極控制技術(shù),分別在開通和關(guān)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(diào)制,達到對IGBT開關(guān)過沖和開關(guān)損耗之間的折衷優(yōu)化,從而抑制開關(guān)過沖和降低開關(guān)損耗。為了確定IGBT開關(guān)過程中過沖和損耗之間的關(guān)系,本文基于梯度調(diào)制技術(shù)推導了二者的函數(shù)關(guān)系,其可作為柵極控制技術(shù)實際應用的理論依據(jù)。本文提出的梯度調(diào)制閉環(huán)IGBT柵極控制技術(shù)基于600V 0.5μm Bipolar-CMOS-DMOS (BCD)工藝進行流片。測試結(jié)果表明,相對于傳統(tǒng)柵極控制技術(shù),本文的柵極控制技術(shù)下的IGBT在開關(guān)階段的電壓過沖和電流過沖分別減小了57.9%和56.8%,關(guān)斷損耗和開通損耗分別降低了12.9%和7%,在抑制IGBT開關(guān)過沖和降低IGBT開關(guān)損耗方面具有很大的優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】：智能功率驅(qū)動芯片 開關(guān)過沖 開關(guān)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(qū)動芯片概述9-10
• 1.2 柵極控制技術(shù)概述10-14
• 1.2.1 柵極控制技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 柵極控制技術(shù)發(fā)展趨勢14
• 1.3 研究內(nèi)容與設計指標14-15
• 1.3.1 研究內(nèi)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(shù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)18-20
• 2.1.3 IGBT開關(guān)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(shù)存在的問題23-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 柵極控制技術(shù)中IGBT開關(guān)過沖和損耗分析27-33
• 3.1 電流電壓過沖產(chǎn)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(guān)損耗分析29-31
• 3.3 本章小結(jié)31-33
• 第四章 閉環(huán)柵極控制技術(shù)設計與實現(xiàn)33-55
• 4.1 閉環(huán)柵極控制技術(shù)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(shù)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(shù)34-35
• 4.2 新型梯度調(diào)制閉環(huán)柵極控制技術(shù)原理與架構(gòu)35-39
• 4.2.1 梯度調(diào)制閉環(huán)柵極控制技術(shù)原理36-38
• 4.2.2 梯度調(diào)制閉環(huán)柵極控制技術(shù)架構(gòu)38-39
• 4.3 梯度調(diào)制閉環(huán)柵極控制技術(shù)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(zhuǎn)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(diào)制閉環(huán)柵極控制技術(shù)小信號分析45-48
• 4.4.1 IGBT小信號等效電路及相關(guān)參數(shù)45-46
• 4.4.2 梯度調(diào)制閉環(huán)控制技術(shù)小信號傳遞函數(shù)推導46-48
• 4.5 梯度調(diào)制閉環(huán)柵極控制技術(shù)開關(guān)損耗分析48-51
• 4.5.1 關(guān)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(jié)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(jié)果分析58-63
• 5.3.1 雙脈沖測試60-61
• 5.3.2 關(guān)斷電壓過沖與關(guān)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(jié)63-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 總結(jié)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

1 姚修遠;金新民;周飛;吳學智;李友敏;;零電壓零電流轉(zhuǎn)換軟開關(guān)技術(shù)中二極管反向恢復的影響[J];中國電機工程學報;2015年04期

2 杜毅;廖美英;;逆變器中IGBT模塊的損耗計算及其散熱系統(tǒng)設計[J];電氣傳動自動化;2011年01期

3 陳凱;陳術(shù)濤;雷凱;;減小IGBT模塊功率損耗的研究和實現(xiàn)[J];自動化應用;2010年11期

4 胡建輝;李錦庚;鄒繼斌;譚久彬;;變頻器中的IGBT模塊損耗計算及散熱系統(tǒng)設計[J];電工技術(shù)學報;2009年03期

5 Steve Clemente ,Ajit Dubhashi ,張怡;高壓浮置MOS柵驅(qū)動集成電路[J];電子器件;1992年02期

  本文關(guān)鍵詞：智能功率驅(qū)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