单芯片双门极双向igbt的分析与优化

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1、学校代号１０５３２学号Ｓ０ｇ）２００７９１３分类号ＴＭ７６密级公开满為乂麥ＨＵＮＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ硕±学位论文单巧片双口极双向ＩＧＢＴ的分析与优化学位串请人姓名丰巧名培养单位工程学院电气与信息导师姓名及职称化征教巧学科专业中‘气工招硏究方向电力电子器件及巧应用论文提交日期２０１６年４月１９円学校代号：１０５３２学号：Ｓ１３０９２００７９密级：公开湖南大学硕±学位论文单忘片双口极双向ＩＧＢＴ的分析与

2、优化学位巧请人姓名：王达名导师姓名及职称；沈征教授培养史位：电气与信息工程学院专业名赖：由气工程论文提交日期；２０１６年４月１９日论义答锐日期：２０１５年５月１３日答雜委员会主巧：李１巧巧Ａｎａ－－ｌｓｉｓａｎｄＭａｏｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＳｉｎｌｅＣｈｉＤｕａｌＧａｔｅＢｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＩＧＢＴｙｊｇｐＢｙＷａｎｇＤａｒｎｉｎｇＢ．Ｅ．ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔ２０１３（ｙ）Ａｔｈｅｓｉｓｓｕｂｍｉｔｅ

3、ｄｉｎａｒｔｉａｌｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎｏｆ化ｅｐｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｄｅｒｅｅｏｆｑｇＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇｉｎ化ｅＧｒａｄｕａｔｅｓｃｈｏｏｌｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＳｕｅｒｖｉｓｏｒｐＰｒｏｆｅｓｓｏｒＪｏｈｎＳｈｅｎＡｒｉｌ２０１６ｐ，湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得

4、的研究成果。除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品，均。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体已在文中。１＾明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担：ｉ作者签名：日期：年女月ｓ日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被査阅和借阅。本人授权湖南大学可将本学位论文的全部或部分肉容编入有关数据库进行、。检索

5、，可Ｗ采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于１．保密□，在。年解密后适用本授权书２．不保密囚。＂＂（请在Ｗ上相应方框内打Ｖ）作者签名：至＿冰日期：年＾月《日导师签名：日期；／｜年占月巧日似山》｜Ｉ单巧片双口极巧向ＩＧＢＴ的分析与优化摘要随着电力电子技术的进步，人们对功率半导体器件的要求不再仅仅是性能指一步优化标上的进，还希望器件能够有更加灵活的控制特性。Ｗ近年来受到广泛。关注的矩阵变换器为例，送种新型的交流电力变换器具有十分理想的电学

6、特性然而，由于具有复杂的数学模型，矩阵变换器对其采用的开关单元提出了更高的一双向功率控制能力要求。－ＩＧＢＴ（ＢＤＩＧＢＴ）在这样的背景下，人们提出了单芯片双口极双向的概念，一并且通过仿真和实验验证了器件的功能。到目前为止，人们般采用珪片直接键合或是双面工艺进行双向ＩＧＢＴ芯片的研制。从芯片结构来看，这类器件可Ｗ直接取代由单功率流向的ＩＧＢＴ组成的双向开关，极大地缩减装置的成本，减小电路的杂散参数。然而，由于在单芯片上集成了两个口极，在不同的口极偏置组合一ＩＧＢＴ下，双向会表现

7、出不同的工作模式，带来比般的ＩＧＢＴ更为复杂的控制问题。而交流变换器中现有的控制方法基本上都是针对传统组合式开关提出的，一并不定适用于双向。ＩＧＢＴ－本文利用基于物理的仿真软件ＩＳＥＴＣＡＤ建立了双向ＩＧＢＴ的器件模型。在此基础上，本文详细讨论了双向ＩＧＢＴ的器件特性，总结出了双向ＩＧＢＴ的四种工作模式。此外，本文讨论了漂移区载流子寿命、Ｐ阱区惨杂浓度及栅极结构对双向ＩＧＢＴ导通压降与关断损耗的影响，并据此对双向ＩＧＢＴ的结构进行了优化，有效降低了器件的功率损耗。继而，文章Ｗ

8、矩阵变换器作为具体应用场合，研究送种新型双向开关在交流变换器中表现出来的性能，通过基于物理的数值仿真和实验数据分析比较了双向ＩＧＢＴ和传统组合式开关在不同换流策略下的功耗。分析结果表明，采用双向ＩＧＢＴ后－Ｈ相矩阵变，矩阵变换器的性能得到了提髙。此外，在基于双向ＩＧＢＴ的Ｈ相换器中采用本文提出的新型变步长电压型四步换流策略后，装置的功率损耗比采８％０．６％。分析表明，采用双向用传统组合式开