SiC双极型功率半导体器件低功耗驱动技术研究

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1、学校代号10532学号S150900737分类号TN702密级公开硕士学位论文SiC双极型功率半导体器件低功耗驱动技术研究学位申请人姓名司长明培养单位电气与信息工程学院导师姓名及职称邓林峰助理教授学科专业电子科学与技术研究方向电路与系统论文提交日期2018年4月16日ISiC双极型功率半导体器件低功耗驱动技术研究学校代号：10532学号：S150900737密级：公开湖南大学硕士学位论文SiC双极型功率半导体器件低功耗驱动技术研究学位申请人姓名：司长明导师姓名及职称：邓林峰助理教授培养单位：电气与信息工程学

2、院专业名称：电子科学与技术论文提交日期：2018年4月16日论文答辩日期：2018年5月14日答辩委员会主席：黎福海教授II硕士学位论文AStudyonLow-powerDrivingTechnologyforSiCBipolarPowerSemiconductorDevicesbySIChangmingB.E.(Xuchanguniversity)2014AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterof

3、EngineeringinElectricalScienceandTechnologyintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssistantProfessorDENGLinfengMay,2018IIISiC双极型功率半导体器件低功耗驱动技术研究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的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重

4、要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月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门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、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。（请在以上相应方框内打“”）作者签名

5、：日期：年月日导师签名：日期：年月日IV硕士学位论文摘要近年来，Si基功率半导体器件经过长足的发展，其整体性能已趋于硅材料的极限，但该类器件的局限性已经成为制约电力电子技术未来发展的瓶颈之一。而SiC功率半导体器件可以更好地弥补Si基功率半导体器件在大电压量级和大功率方面的缺陷，因此SiC功率半导体器件已经引起了业内广泛的关注。本文的研究目的主要是设计出能够快速驱动SiCGTO开通与关断的低功耗驱动电路。研究的重点不仅是追求极高的驱动电流上升率与下降率，而且在SiCGTO导通期间关断门极驱动电流，较大限度地

6、降低功耗。首先，从SiC功率半导体器件的发展概况出发，阐述了SiC功率半导体器件的诸多优良特性和在涉及电力电子领域的现代电力系统中的应用。然后，针对具有代表性的SiCBJT和SiCGTO双极型功率半导体器件在基本结构、工作原理和工作特性方面分别进行了介绍，并结合典型的电流型驱动电路，提出了低功耗驱动电路的设计思想。根据电路设计思想对基本器件进行了分析和选型，在已设计驱动电路的基础上，提出了低功耗驱动电路的整体设计方案：选用霍尔传感器作为SiCGTO主回路信号采集器，利用CMOS反相器输出高阻态的特性将NMO

7、S作为开关元件，并采用反馈回路来控制驱动电路的通断。在低功耗驱动电路整体方案的基础上，对三种控制电路的设计方案进行了理论分析和验证性测试。第一种是基于PMOS场效应管的控制电路设计方案，在1.5kHz下，关断驱动电流的时间占据整个开通时间的比例约为35%；第二种是基于多个MOS场效应管的控制电路设计方案，在1.5kHz下，关断驱动电流的时间占据整个开通时间的比例约为75%；第三种是基于运算放大器的控制电路设计方案，在1.5kHz下，关断驱动电流的时间占据整个开通时间的比例约为65%。三种电路设计方案均可在不

8、同程度上降低驱动电路开通期间的功率损耗，尤其是基于运算放大器的控制电路拓扑结构最简单，因而理论上具有较高的可靠性，并且提供的驱动电流从0到200mA所需的时间约为20ns。因此本文在电路结构的拓扑原理上验证了能够达到快速开通与关断SiCGTO并降低驱动电路功耗的目的。关键词：SiCBJT；SiCGTO；双极型；功率半导体器件；低功耗驱动电路VSiC双极型功率半导体器件低功耗驱动技术研究AbstractInrece