基于載流子抽取模型的Trench Gate/Field-stop IGBT驅動器有源箝位功能分析

陳玉香，羅皓澤，李武華，何湘寧

（浙江大學電氣工程學院，杭州310027）

基于載流子抽取模型的Trench Gate/Field-stop IGBT驅動器有源箝位功能分析

陳玉香，羅皓澤，李武華，何湘寧

（浙江大學電氣工程學院，杭州310027）

針對Trench gate/Field-stop IGBT結構特有的關斷過程中集電極電流下降率不可控問題，引入了載流子抽取模型來模擬器件關斷過程中的集電極電流下降階段器件內部載流子的動態行為特性，并以此為基礎分析了驅動器為適應Trench gate/Field-Stop IGBT結構這種關斷特性而引入的有源箝位功能的作用機理，驗證了載流子抽取模型在器件級與電路級交互作用分析中的實用性，為后續實現器件與電路的最佳匹配奠定了基礎。

Trench gate/Field-Stop IGBT；集電極電流下降率；不可控性；載流子抽取模型；有源箝位功能

引言

大功率應用場合驅動IGBT模塊向更高電壓阻斷能力、更低整體損耗的方向發展。IGBT模塊的結構由傳統的穿通PT（punch-through）和非穿通NPT（non-punch-through）結構發展到目前適應于高壓大電流場合的Trench gate/Field-Stop結構［1］。然而不同結構的IGBT模塊，其相應的結構特性作為器件外部表征的控制因素影響著IGBT模塊對外部電路參數的響應。其中對Trench gate/Field-Stop IGBT結構，由其結構特性決定的關斷過程中集電極電流下降率的不可控性，使得關斷過壓問題成為IGBT模塊在大功率應用場合中的主要制約因素［2］。目前，大功率IGBT模塊的驅動器為了適應器件的這種結構特點，引入了有源箝位功能來抑制器件的關斷尖峰電壓［3-4］。

1 IGBT關斷過程的載流子抽取機理

1.1 載流子抽取機理

無論何種結構的IGBT模塊，其通態時都處于一種動態平衡的穩定狀態，且該穩定狀態具體體現在以下兩個方面（考慮最基本的PT IGBT結構）：①n--基區中載流子分布的穩定性；……