該文從理論分析與建模計(jì)算2個(gè)方面研究電極結(jié)構(gòu)與空間布置對(duì)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(duì)IGBT芯片和FRD芯片的并聯(lián)均流特性的影響機(jī)理,并比較主動(dòng)和被動(dòng)均流模式下影響機(jī)理的差異。進(jìn)而詳細(xì)對(duì)比分析了時(shí)域等效電路方法與頻域有限元方法的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。最后,在被動(dòng)注入模式下計(jì)算4種典型結(jié)構(gòu)下器件內(nèi)部的動(dòng)態(tài)均流特性。計(jì)算結(jié)果表明:發(fā)射極電極圓周化布置,在對(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)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(xiǎn);發(fā)射極電極刻槽,在對(duì)稱(chēng)或者不對(duì)稱(chēng)的外部電磁條件下,都能對(duì)器件內(nèi)部的動(dòng)態(tài)均流特性加以改善。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2020,40(07)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

壓接型IGBT器件內(nèi)部的動(dòng)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(duì)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(jì)IGBT器件內(nèi)部的電極結(jié)構(gòu)時(shí)，也需要評(píng)估外部匯流母排對(duì)動(dòng)態(tài)均流的影響。此時(shí)，采用時(shí)域等效電路方法就會(huì)非常不便。因?yàn)樵摲椒ú粌H需要補(bǔ)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(píng)估非對(duì)稱(chēng)條件下IGBT器件內(nèi)部的動(dòng)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(chǎng)有限元模型。為了減小計(jì)算量，本文根據(jù)計(jì)算場(chǎng)域的對(duì)稱(chēng)性，只對(duì)原場(chǎng)域的1/4部分進(jìn)行計(jì)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(wú)窮遠(yuǎn)域壓力墊塊IGBT匯流母排04020z位移/cmyzx40圖12不對(duì)稱(chēng)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(jì)算方法2.1主動(dòng)開(kāi)關(guān)模式下的時(shí)域等效電路方法對(duì)于壓接型IGBT器件內(nèi)部芯片級(jí)并聯(lián)均流的建模計(jì)算，如今學(xué)界和工業(yè)界普遍采用的是時(shí)域等效電路方法。該方法通過(guò)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(lèi)似圖2的并聯(lián)等效電路，進(jìn)而在主動(dòng)開(kāi)關(guān)模式下開(kāi)展電路級(jí)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(jì)算流程如圖3所示。首先，根據(jù)實(shí)際器件的結(jié)構(gòu)開(kāi)展幾何建模并做適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化處理，生成結(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(gè)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(gè)器件模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(kāi)展動(dòng)態(tài)均流仿真。一組典型的動(dòng)態(tài)均流仿真結(jié)果如圖4(b)所示，此時(shí)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(gè)芯片支路之間存在明顯的動(dòng)態(tài)不均流。開(kāi)通時(shí)，頂角位置的IGBT-11支路上電流過(guò)沖尤為明顯；關(guān)斷時(shí)，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(guò)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(hào)：3337370