PSPICE并联IGBT模块的均流特性分析(2)
致 谢 44
参考文献45
1 引言
1.1 课题背景及研究意义
在过去的几十年中，随着电力电子技术和半导体技术的发展，在各种驱动器和大功率工业应用中的电力电子装置要求IGBT提供更大的功率，用来开合更大的电流。虽然这些大功率IGBT模块的额定输出电流正在稳步增大，但受到功率模块中的半导体功率器件，磁性材料等自身性能的影响，单个IGBT 模块的电压、电流、功率等输出参数难以满足大功率变流器所需要的更大的输出电流。即使可以选择如IGCT等功率更高的器件，但是成本太高，不经济。为了满足电流所需，IGBT模块并联已经成为趋势(如电力电子开关器件并联组成的全固态开关[1]），而且并联可以构成冗余结构，对系统稳定性的提高还多有益处[2]。
相比于基于晶闸管的半导体器件，MOS结构的IGBT并联模块结构简单。而且并联使用时，IGBT本身也有一定的电流自动均衡能力，易于并联使用[3]。但是实际并联使用时由于器件参数和特性选择(如通态伏安特性的影响)、开通时间差异、散热条件、电路走线和布局而产生的并联支路阻抗差异，因此IGBT直接并联时，会造成开通过程中电流上升率的差异及静、动态电流分配的不均衡，会导致某些模块先行关断，而承受较大的电流，使得器件过负荷运作而大大缩短IGBT的使用寿命，使得设备输出效果不理想，严重时烧毁器件，损坏主电路。因此为了提高并联系统稳定性需要在确保IGBT并联模块的均流方面做出更多的努力。
IGBT的均流问题包括开通关断时的和导通状态下的静态均流问题。影响静态均流的主要因素是的饱和导通压降Vce(sat)的不一致，和并联支路主电路的配置方式不对称[4]。而动态不均流主要受到门槛电压、栅极电容、密勒电容、射极电感等的影响，开关时刻电流不平衡的根本原因是器件开通与关断的时间不一致[5]。
1.2 国内外IGBT并联技术的现状和发展
1.3 课题的目的和任务
本文的主要结构有：
第一章：绪论。介绍了课题背景和研究的意义所在，还给出了IGBT并联技术国内外的发展情况和趋势，简要介绍了自己所完成的工作内容。
第二章：IGBT工作原理和应用要求。从IGBT的结构和原理入手，介绍其基本参数和特性曲线（静态特性和动态特性），说明IGBT是开端电流的一些应用要求。
第三章：IGBT并联特性的研究。先理论分析IGBT的静态均流和动态均特性，然后设计电路，用PSPICE软件对影响IGBT并联均流的因素进行仿真并进一步分析。
第四章：IGBT并联均流方法分析。介绍了两种解决电流不平衡的方案，扼流圈和栅极电阻补偿法，用PSPSICE仿真分析栅极电阻补偿法实现均流的能力。
1.4 本章小结
本章主要介绍IGBT并联的必要性和并联要解决的问题，为了追求大功率而并联模块，不均流是国际上研究的热点和难点。
然后简要介绍了本文的主要研究的目的和任务。
2 IGBT工作原理及应用要求
80年代后期，以绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor——IGBT或IGT)，登录名称JEDEC)为代表的复合型器件异军突起。IGBT是MOSFET和BJT的复合(通常称为Bi-MOS器件)，作的通态压降不大却可以承载更大的电流的能力集于一身，特别适合于中高频、中大功率应用[3]。自其1986年投入市场，迅速占领了GTR和P-MOSFET的市场，在努力扩容(耐受高电压大电流)之后将取代GTO的地位[11] 。
2.1 IGBT的结构和工作原理
具有栅极G、集电极C和发射极E的IGBT是三端器件，绝缘栅双极型晶体管在结构上与电力MOSFET相似，本质上是一个场效应晶体管，只是比电力MOSFET的额外增加了一个P+注入层。IGBT很强的通流能力就是因为形成了很大的P+N结，从而可以对漂移区的电导率进行调制。
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