IGBT機(jī)理建模及驅(qū)動(dòng)問(wèn)題研究.pdf

1、絕緣柵雙極型晶體管（insulated gate bipolar transistor, IGBT）在物理結(jié)構(gòu)上等效于一個(gè)由金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET）驅(qū)動(dòng)的電力晶體管（giant transistor, GTR），具有高輸入阻抗、低導(dǎo)通壓降、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。因開(kāi)關(guān)頻率和輸出功率，IGBT在電力電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，

2、但是其開(kāi)關(guān)損耗、不正確使用及失效與系統(tǒng)效率和可靠性密切相關(guān)。因此，本文對(duì)IGBT機(jī)理模型進(jìn)行研究，通過(guò)獲取專用的IGBT模型，使用結(jié)構(gòu)參數(shù)表征器件差異性，并基于機(jī)理模型對(duì)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行分析和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)提高器件可靠性和系統(tǒng)效率的目的。
　　本文詳細(xì)介紹了IGBT器件的結(jié)構(gòu)特征和工作機(jī)理，使用電子和空穴的運(yùn)動(dòng)敘述器件開(kāi)關(guān)過(guò)程及輸出特性。還通過(guò)分析IGBT器件的主要建模方法，確定以機(jī)理建模作為本課題的研究?jī)?nèi)容。
　　在分析和推導(dǎo)Hefn

3、er模型的基礎(chǔ)上，本文提出了改進(jìn)的IGBT機(jī)理模型，即分開(kāi)建立開(kāi)通模型和關(guān)斷模型，修正了Hefner模型輸出在IGBT關(guān)斷暫態(tài)出現(xiàn)超前實(shí)驗(yàn)輸出的情況。通過(guò)IGBT器件的實(shí)際輸出與模型輸出的比較，驗(yàn)證了改進(jìn)后模型的正確性和精確度。同時(shí)以結(jié)構(gòu)參數(shù)表征器件的差異性，提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)辨識(shí)的方法，獲得了具有器件表征意義的IGBT模型。仿真結(jié)果說(shuō)明辨識(shí)參數(shù)后的改進(jìn)模型達(dá)到了更高的精確度，實(shí)現(xiàn)了IGBT器件輸出的精確預(yù)測(cè)。

4、
　　IGBT器件的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路是影響 IGBT器件輸出特性的重要因素。本文在IGBT機(jī)理模型的基礎(chǔ)上，針對(duì)兩個(gè)不同的優(yōu)化目的，提出了相應(yīng)的優(yōu)化策略。其一是針對(duì)同類型器件存在差異性導(dǎo)致器件輸出不一致的問(wèn)題，通過(guò)探討模型參數(shù)與器件輸出的影響關(guān)系，以及驅(qū)動(dòng)電路模型的具體內(nèi)容，提出了根據(jù)模型參數(shù)值的變化方向，改變外部特征量，即驅(qū)動(dòng)電阻、極間電容和寄生電感數(shù)值的方法，以實(shí)現(xiàn)IGBT器件輸出的一致性；其二是為了實(shí)現(xiàn)IGBT器件的可靠性快速輸