IGBT电压击穿特性分析

《IGBT电压击穿特性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、2011年8月电工技术学报Vol.26No.8第26卷第8期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYAug.2011IGBT电压击穿特性分析汪波胡安唐勇陈明（海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033）摘要针对绝缘栅双极晶体管（IGBT）应用选型中长期以来采用经验的粗放式设计方法，本文基于IGBT结构和PN结雪崩击穿原理，分析了场终止型IGBT雪崩击穿电压的计算公式和测量方法。由于线路和器件内部分布电感的存在，开关时会产生一个电压尖峰，分析了IGBT过电压击

2、穿特性和电压尖峰的抑制方法。针对通常认为一旦发生过电压击穿就会损坏器件的错误认识，分析了IGBT过电压击穿失效机理和失效模式，发现过电压击穿失效本质是由于热量累积引起结温上升的热击穿失效，失效模式初始表现为短路最终表现为开路，最后实验验证了IGBT具有可承受短时过电压击穿的能力。关键词：IGBT雪崩击穿失效机理失效模式短时过电压中图分类号：TN322AnalysisofVoltageBreakdownCharacteristicofIGBTWangBoHuAnTangYongChenMing（NavalUniversit

3、yofEngineeringWuhan430033China）AbstractAimingatlong-termextensivedesignmethodduringselectingIGBTmodel,calculationandmeasurementoffieldstopIGBTavalanchebreakdownvoltageisanalyzedbasedonstructureofIGBTandavalanchebreakdowntheoryofPNjunction.Asdistributinginductiono

4、fcircuitanddevicebroughtapeakvoltageduringswitchingtransient,characteristicinover-voltagebreakdownandmethodsofcontrollingpeakvoltageisalsoanalyzed.AimingatthemistakencognitionthatIGBTcouldbefailureonceovervoltagehappened,failuremechanismandmodeofover-voltagebreak

5、downisanalyzed.Theessenceinover-voltagebreakdownfailureisthermalfailureinducedbycumulateheatinducingjunctiontemperaturerise.Failuremodebehavesshortcircuitfirstlyandopencircuitlastly.Theabilityofenduringshorttimeover-voltagebreakdownofIGBTisvalidatedbyexperiment.K

6、eywords：IGBT,avalanchebreakdown,failuremechanism,failuremode,shorten-timeover-voltage压降低、控制电路简单和承受电流大等特性，在各1引言种电力电子变换装置中得到了广泛的应用。自1986绝缘栅双极晶体管（IGBT）是一种综合了功率年投入市场后，IGBT迅速扩展应用领域，成为中、场效应晶体管（MOSFET）和双极型晶体管（BJT）大功率电力电子装置的主导器件，不仅应用于电力结构的复合器件，并且同时吸收了二者的优点[1]，系统，而且也广泛应用于

7、一般工业、交通运输、通具有输入阻抗高、开关速度快、驱动功率小、饱和信系统、计算机系统和新能源系统。新一代沟槽栅场终止型IGBT综合了前几代产品的优点并采用最[2]新的功率半导体制造工艺，在前几代结构基础上国家自然科学基金（50737004）和国家自然科学基金委员会创新研究群体科学基金（50721063）资助项目。增加了一个重掺杂的场终止层，提高了正向阻断能收稿日期2011-03-09改稿日期2011-06-03力，得到了广泛的应用。146电工技术学报2011年8月长期以来IGBT的应用选型一般还是采用经验向阻断状态时，集

8、电极电压为正，发射极电压为负，的粗放式设计方法，难以做到优化，往往留有过大栅极电压为零或负，J1结正偏，J2结反偏以承受外的裕量，受到器件功率水平的限制，这种方法在大部高阻断电压。在N-宽基区和P+发射极之间加入容量的电力电子变换装置中会导致器件的串、并联，了一层重掺杂的N+层，也称为场终止层，可以有其结果是器件的数