功率MOSFET模型的建立.ppt

1．沟道调节电阻Rb 2．栅漏电容Cgd的数学表达式在实际工作中IGBT作为开关器件时漏源间电压往往是定值 3．对于Cdsj，类似于Cgdj，而且A＝2Agd，所以有 4．集射再分布电容Ccer与Cbcj成正比，则可得： 5．等效射基极电容Ceb的大小可以直接用其两端电压Veb来替代，它的大小与Vgs成反比，则： 三. IGBT模型的仿真结果的分析 1.静态特性的比较 IGBT子电路模型的实测与仿真静态特性 2.动态特性的比较 IGBT开通实测与仿真波形 IGBT关断实测与仿真波形 栅极电流实测与仿真结果 栅源电压暂态变化曲线（手册与仿真） 3. 栅极电阻对动态特性的影响 Time (?s) 栅极电阻对IGBT开关特性的影响 一个单细胞功率MOSFET 2.5.2 功率MOSFET建模 一个单细胞功率MOSFET的等效电路 N沟道功率MOSFET的模型 1. 功率MOSFET的模型电路 结型场效应晶体管内部结构 2. 模型参数的提取 1）横向MOSFET参数的提取 主要涉及转移特性曲线和输出特性曲线，在曲线上确定本征跨导参数KP、门槛电压UT、源极电阻RS等。 2）纵向JFET参数的提取 漏电阻Rd、门槛电压UTO、电流增益Bt、饱和电流IS等。 3）体二极管参数的提取 结电容Cj0、恢复时间Tr、饱和电流IS1、体电阻RS1等。 4）其他参数 Cgd、Ca、Cgs由电容－电压特性曲线得到；Ubreak功率MOSFET的击穿电压。 功率MOSFET的子电路模型 3. 仿真结果 2.6 IGBT模型的建立 2.6.1 IGBT结构与特性 IGBT按缓冲区的有无来分类，缓冲区是介于P+发射区和N-飘移区之间的N+层。无缓冲区者称为对称型IGBT，有缓冲区者称为非对称型IGBT。因为结构不同，因而特性也不同。非对称型IGBT由于存在N+区，反向阻断能力弱，但其正向压降低、关断时间短、关断时尾部电流小；与此相反，对称型IGBT具有正反向阻断能力，其他特性却不及非对称型IGBT。由于目前商品化的IGBT单管或模块大部分是非对称型IGBT，所以本课程就以具有缓冲区N+的IGBT进行讨论。 1700V/1200A ， 3300V/1200A IGBT 模块 Powerex CM300DY-24H 4x IGBT 4x Diode IGBT模块内部结构 一. 非对称型IGBT的物理描述 ★ 电导调制 ★ 反向阻断 双载流子参与导电 二. 导通特性 IGBT的开通和关断时由栅极电压来控制的，当栅极加上正向电压时，MOSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，进而使IGBT导通。此时，从P+区注入到N-区的空穴（少数载流子）N-区进行电导调制，减少N-区的电阻Rdr，使高耐压的IGBT也具有低的通态电压特性，在栅极上施加反向电压后，MOSFET的沟道消除，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT即被切断。 作为一个虚拟达林顿电路末级，PNP管从不进入深饱和区，它的电压降比处于深饱和区的同样PNP管要高。然而特别应该指出的是：一个IGBT发射极覆盖芯片的整个面积，因此它的注射效率和通态压降比同样尺寸的双极晶体管要优越得多。 三. 静态特性 当IGBT关断后，J2结阻断正向电压；反向阻断电压由J1结承担。如果无N+缓冲区，正、反向阻断电压可以做到同样水平，但加入N+缓冲区后，伏安特性中的反向阻断电压只能达到几十伏，因此限制了IGBT在需要阻断反向电压场合的应用。 与普通达林顿电路不同，流过等效电路中MOSFET的电流成为IGBT总电流的主要部分。 式中VJ1为J1结的正向电压，其值约为0.7～1V；Vb为扩展电阻Rb上的压降；Ron为沟道欧姆电阻。 与功率MOSFET相比，IGBT通态压降要小得多，1000V的IGBT约有2～5V的通态压降。 因为高压IGBT中的?PNP小于1，所以PNP晶体管的基区电流，也即MOSFET的电流构成IGBT总电流的主要部分。这种不均衡的电流分配是由IGBT的结构所决定的。 四. 动态特性 IGBT动态特性 钳位效应：G-E 驱动电流≈ 二极管正向特性 拖尾电流MOS已经关断，IGBT存储电荷释放缓慢 IGBT的擎住（Latch）效应 SCR ★ 静态擎住 ★ 动态擎住 ★ 过热擎住 P区体电阻RP引发擎住 关断过急→位移电流 CJ—PN结电容 RG 不能过小，限制关断时间。 RP 及PNP、NPN 电流放大倍数 因温度升高而增大。 （150℃时ICM降至1/2） IGBT的通态特性 IGBT的电流容量 ★ 最大连续电流 IC ★ 最大脉冲电流 ICM ★ 最大开关电流 I