Параллельное соединение IGBT/MOSFET
желательно устанавливать сопротивления (0.5 Ом – 0.1 Rg) в сигнальных цепях эмиттеров
Необходимо обеспечить одновременное включение силовых ключей
Необходимо исключить асимметрию линий подключения
Проблемы возникают с антипараллельными диодами
требует статической и динамической токовой балансировки
Конструкция силового преобразователя: токоведущие шины
В серийном производстве используются многослойные шины
Оптимальна бифилярная конструкция шины (sandwich)
Снижение индуктивности = уменьшение площади « токовой петли»
характеризуются наличием распределенной паразитной индуктивности
используются в импульсных схемах с высокими значениеями коммутируемых токов и напряжения и большими скоростями их изменения
Уровни гибридной системной интеграции
интеллектуальная силовая электронная система
интеллектуальная подсистема
интеллектуальный силовой модуль
силовой модуль
Технология низкотемпературного спекания
Электрические характеристики
Плотность мощности
Надежность
Конструкция интеллектуального силового модуля (SKiN фирмы Semicron)
Контактные площадки на поверхности чипов спекаются с токонесущими шинами гибкой SKiN-пленки, а основания кристаллов — с керамической подложкой
Толщина металлизации несущей полиамидной пленки соизмерима с диаметром проводников,
Элементная база силовой электроники
Драйверы и микросхемы управления
Ограничение напряжения на затворе
Установка супрессора или стабилитрона позволяет ограничить перенапряжение, наведенное через емкость Миллера
Резистор “затвор – исток”: защита от статического электричества и предотвращение перезаряда цепи затвора при увеличении импеданса цепи управления
При параллельном включении цепи должны быть идентичными
Цепи управления должны иметь минимальную длину, индуктивность должна быть скомпенсирована, цепи изолированы от соседних силовых кабелей
Драйверы для управления MOSFET и IGBT
защита от пробоя затвора
защита от сквозных токов
защита от понижения напряжения питания драйвера
защита от короткого замыкания ключа
Силовые полупроводниковые приборы
IGBT
Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT)
Возможность «защелкивания» IGBT из-за срабатывания паразитного тиристора
IGBT является биполярным прибором, в котором часть тока переносится неосновными носителями заряда (дырками)
Приложение напряжения к затвору приводит к протеканию тока от эмиттера к коллектору
Структура с каналом n-типа с добавлением подложки типа р
Интегрированные GCT (IGCT)
Очень малая индуктивность управляющего электрода за счет коаксиального соединения и применения многослойной платы
Современные IGCT переключают мощность до 10 МВт при напряжениях 2.3; 4.16 и 6.9 кВ
Тиристоры (SCR, GTO и ICGT)
Тиристоры с коммутацией по цепи управления – GCT и IGCT
Динамические процессы при выключении в GCT протекают на один-два порядка быстрее, чем в GTO
Нечувствительный к dU/dt
Запираемые тиристоры (GTO)
Основной недостаток GTO – потери в защитных цепях (R)
Время выключения в 10 раз превышает время выключения обычного тиристора
Выключаемый ток через тиристор ограничен лавинным пробоем перехода П3
наличием сопротивления базовой области
Приложение отрицательного импульса к управляющему электроду приводит к экстракции части дырок из р-слоя
В открытом состоянии базовые слои прибора заполнены дырками и электронами, инжектированными из анода и катода
аналогична структуре однооперационного тиристора
Однооперационный тиристор
- Ограниченная управляемость
- Низкое быстродействие
+ Высокая надежность и высокие показатели коммутируемая мощность/площадь кристалла и коммутируемая мощность/цена
+ Стойкость к токовым перегрузкам
+ Высокое коммутируемое напряжение
+ Высокая допустимая плотность тока
+ Низкое падение напряжения в открытом состоянии
При напряжении переключения процесс приобретает лавинообразный характер
При малых значениях внешнего напряжения, практически все оно падает на коллекторном переходе
По мере увеличения напряжения на тиристоре снижается доля напряжения
MOSFET
Характеристики
Сопротивление «сток-исток» в открытом состоянии
Рассеиваемая мощность
Падение напряжения на внутреннем диоде
Пороговое напряжение
Крутизна (transconductance)
Напряжение пробоя (BVDSS) «сток-исток»
«Прокол» p-n-перехода.
Лавинный пробой. Обратносмещенный внутренний p-n-переход между р-областью и областью дрейфа
Шире область безопасной работы (SOA) за счет малых времен переключения
Положительный температурный коэффициент сопротивления у MOSFET
отсутствуют неосновные носители заряда
Высокое входное сопротивление
Канал n- или p-типа
С индуцированным каналом (enhancement mode)
Со встроенным каналом (depletion mode)
