【摘要】：超結(jié)垂直擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Vertical-Diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,VDMOS)導(dǎo)通電阻低、開關(guān)速度快、耐壓效率高,在以電動(dòng)汽車充電樁為代表的電力電子領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。電動(dòng)汽車充電樁中所采用的橋式逆變電路要求超結(jié)VDMOS器件具備非常高的體二極管反向恢復(fù)魯棒性。國(guó)內(nèi)外關(guān)于超結(jié)VDMOS體二極管反向恢復(fù)的研究主要是從電路層面改善反向恢復(fù)特性,對(duì)于改善超結(jié)VDMOS器件自身體二極管反向恢復(fù)魯棒性的研究很少,因此研究并提高超結(jié)VDMOS體二極管反向恢復(fù)魯棒性具有重大意義。本文根據(jù)超結(jié)VDMOS體二極管反向恢復(fù)基本理論搭建測(cè)試與仿真平臺(tái)。實(shí)測(cè)結(jié)果顯示反向恢復(fù)過(guò)程中的電流變化率di/dt是影響超結(jié)VDMOS體二極管反向恢復(fù)失效的主要因素,且超結(jié)VDMOS體二極管反向恢復(fù)失效位于終端區(qū)。仿真結(jié)果顯示超結(jié)VDMOS體二極管反向恢復(fù)過(guò)程中元胞區(qū)抽取過(guò)剩載流子速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)終端區(qū),進(jìn)而終端區(qū)出現(xiàn)電流尖峰,導(dǎo)致終端區(qū)表面電場(chǎng)升高并引發(fā)動(dòng)態(tài)雪崩,且di/dt越大,動(dòng)態(tài)雪崩越嚴(yán)重。本文提出了一種動(dòng)態(tài)場(chǎng)限環(huán)終端結(jié)構(gòu),能夠有效抑制體二極管反向恢復(fù)過(guò)程中的電場(chǎng)尖峰,進(jìn)而抑制動(dòng)態(tài)雪崩,在保證超結(jié)VDMOS器件其他參數(shù)性能的基礎(chǔ)上,提高了其體二極管反向恢復(fù)的魯棒性。本文所提出并設(shè)計(jì)的超結(jié)VDMOS動(dòng)態(tài)場(chǎng)限環(huán)終端結(jié)構(gòu)基于650V深溝槽刻蝕工藝進(jìn)行流片,測(cè)試結(jié)果顯示,超結(jié)VDMOS體二極管反向恢復(fù)極限di/dt能力從72A/μs提高到320A/μs,其體二極管反向恢復(fù)魯棒性提高了3.2倍,達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
【圖文】：

Ｔ４ｈ邋２ｉＤ４Ｄ５２＾邋ｎＴｓ逡逑圖１－１單項(xiàng)全橋三電平逆變電路拓?fù)鋱D逡逑從圖１－１中我們可以發(fā)現(xiàn)，ＣｆＱ是跨接在母線電壓兩端的兩個(gè)分壓電容。Ｄ９、Ｄ１Ｇ、Ｄｈ、Ｄ１２是兩逡逑個(gè)橋臂上的鉗位二極管，該二極管能夠?qū)ⅲ裕�、Ｔ３成功鉗位在一個(gè)固定的電壓值上，，即所謂的增加了輸出逡逑電壓的電平臺(tái)階，可以得到近似的正弦波。Ｉ、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、�。泛停裕付际枪β书_關(guān)器件，每個(gè)逡逑功率器件兩端都反向并聯(lián)了一個(gè)二極管分別為Ｄｉ、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、０７和Ｄ８。為了避免橋臂直通逡逑的現(xiàn)象出現(xiàn)，８?jìng)�(gè)功率開關(guān)管只能交叉開啟關(guān)閉，從而產(chǎn)生兩種電流流向，共組成１８種工作模態(tài)。表１．１逡逑為單項(xiàng)全橋三電平逆變電路其中的９種工作模態(tài)（電流在負(fù)載電感中的不同流向?yàn)閮煞N對(duì)偶情情形，只逡逑分析其中一種電流流向即可）。其中“１”表示功率開關(guān)管開啟，“0”則代表功率開關(guān)管關(guān)閉。逡逑表１．１輸出電壓與功率開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷之間的關(guān)系逡逑Ｔｉ邐Ｔ２邐Ｔ３邐Ｔ４邐Ｔ５邐Ｔ６邐Ｔ７邐Ｔ８邐輸出逡逑１邐１邐０邐０邐１邐１邐０邐０邐Ｆｉｎ逡逑１邐１邐０邐０邐０邐１邐０邐０邐Ｋｉｘ／２逡逑０邐１邐０邐０邐１邐１邐０邐０邐Ｆｕ／２逡逑１邐１邐０邐０邐０邐０邐０邐０邐０逡逑０邐１邐０邐０邐０邐１邐０邐０邐０逡逑０邐０邐０邐０邐１邐１邐０邐０邐Ｑ逡逑０邋０邋１邋０邋０邋０邋１邋１邋＿＾逡逑０邐０邐１邐１邐０邐１邐０邐０邐－逡逑０邋Ｉ邋０邋Ｉ邋１邋Ｉ邋１邋Ｉ邋０邋Ｉ邋０邋丨邋１邋｜邋１邋｜邋＆逡逑圖１－２是單項(xiàng)全橋三電平逆變電路的９種工作模態(tài)

穩(wěn)態(tài)Ｐ向穩(wěn)態(tài)Ｏ轉(zhuǎn)變中的死區(qū)，穩(wěn)態(tài)Ｏ向穩(wěn)態(tài)Ｎ轉(zhuǎn)變的死區(qū)Ｓｉ，穩(wěn)態(tài)Ｎ向穩(wěn)態(tài)０轉(zhuǎn)變的逡逑死區(qū)Ｓ２，穩(wěn)態(tài)０向穩(wěn)態(tài)Ｐ轉(zhuǎn)變的死區(qū)Ｑ２。下面將對(duì)每個(gè)模態(tài)進(jìn)行電流分析。逡逑（１）穩(wěn)態(tài)Ｐ—過(guò)渡態(tài)—穩(wěn)態(tài)０：在Ｐ狀態(tài)，４個(gè)超結(jié)ＶＤＭＯＳ器件的開啟關(guān)斷狀態(tài)如圖１４（ａ）所逡逑示，圖中紅色曲線箭頭為電感電流路徑，超結(jié)ＶＤＭＯＳ器件＾和�。薜捏w二極管導(dǎo)通續(xù)流；在Ｐ模態(tài)向０逡逑模態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，需要經(jīng)歷死區(qū)過(guò)程，如圖ｌ＊４（ｂ）所示，乃關(guān)斷，電流方向不發(fā)生改變，仍然是ＴＶ乃體逡逑二極管續(xù)流；當(dāng)電路狀態(tài)從切換到0模態(tài)時(shí)，Ｔ３導(dǎo)通，同時(shí)鉗位二極管Ｄｍ也導(dǎo)通，電感電流經(jīng)過(guò)Ｔ３、逡逑Ｄ１０回到分壓（＾的負(fù)極，電路中電流發(fā)生換向，如圖１－４（Ｃ）所示，電路狀態(tài)從N獻(xiàn)壞劍白刺�，稻湻辶x現(xiàn)校裕�、Ｔ�(chǎng)ⅲ模�？同输^紀(jì)�，不考聹\幔鄭模停希擁牡紀(jì)ㄑ菇擔(dān)�、ｂ、ｉb愕縹幌嗤�，由诱r歡苠義希模保靶鰨傭�、ｂ、ｉb愕縹歡急謊桿倮偷攪愕縹�，意味着恼b枰惺埽疲椋睿玻矗。薜奶宥芙義暇聰蚧指垂�，仿旘恢复稻岟穿过Ｃ澧Ｄ澧Ｔ２、Ｔ�(chǎng)ⅲ模保ǎ�，壤_跡保矗ǎ爸欣渡緦魎盡ｅ義希跺義

本文編號(hào)：2683729