续流和缓冲二极管基本原理

VR IR 25°C 1200V 1.5V/K VR IR VF V I IF 125°C 150°C V VFRM VF 0,1VF tfr 1,1VF t VF VFRM 1.18 VFRM tfr IGBT 1. di/dt 1700V VFRM 200V 300V VF 100 2. VFRM VFRM 1200V IGBT VFRM VFRM 1.19 LK VK S D IL S IL VK LK S 1.20 1.20 1.21 1.20 IRRM VM V,I 0 dl/dt dlr /dt 0.2 IRRM tw trr tirm ts tf t0 V t dI/dt (1.1) t0 tw pn tirm IRRM tirm trr t0 IRRM 20% trr tf ts 1.20 (1.2) 1.21a 1.21b 1.21b tf ts s = tf ts _ dI = VK dt LK 0,2 IRRM ts tf 0,2 IRRM ts tf b)a) (1.3) 10% 200% 1.21b dIr/dt (1.4) VM = VK + Vind VK dI/dt 1. 2. 3. dI/dt dI/dt dI/dt 1.19 (1.2) (1.3) 1.22 dI dt dIr dt S = I = 0 max _ � � Vind = –LK • max � �dIrdt LL R Goff IL R Gon L �1 V K + - L�2 L�3 I V dI/dt VK IGBT 1.23 IGBT IGBT IGBT IGBT IGBT IGBT 1.24 1.24a IGBT 1.24b I(t) I(t) IGBT t V(t) t t IGBT 1.24a 1200V IGBT 1. dIr/dt dIr/dt dI/dt IRRM Eoff I 150A V 1200V I RRM Diode P=V*I P=V*I 0 150A I RRM 0 0 -1200V P :10 5 W/div P :10 5 W/div SKM 200 GB 173 D SKM 200 GB 173 D 200ns/div 200ns/div 0 0 I V T = 125°C T = 125°C Eon b) a) 2. Trr IGBT IGBT IGBT 1.24b 1.24a IGBT IGBT IRRM L�ges 40nH IGBT (1.5) VCE(t) IGBT 1500A/�s V(t) VK 700 750 800 850 900 950 1000 1 10 100 [A] V m ax [V ] VK = 800 V dI/dt = 1200 A/µs Tj = 150°C CAL –V(t) = –VK – L�ges • + VCE(t)dIRdt 1.25 p CAL 75A CAL 10% 100V IGBT CAL 50°C +150°C 6000A/�s 50nH 100V 1.24b IGBT IGBT dV/dt IGBT IGBT MOSFET Vd /2 Vd /2 Vout iIGTB1 iIGTB2 iDiode2 iL Vd/2 V, i Vout(1) Vout iL -Vd/2 IGBT T2 IGBT T1 Diode D2 Diode D1 iDiode1 1.26 1. vout iL > 0 IGBT1 2. vout iL > 0 2 3. vout iL < 0 1 4. vout iL < 0 IGBT2 IGBT m 0�m*cos � �1 m*cos � =1 IGBT 0 m*cos � –1 m*cos � = –1 IGBT 1.26 1.27 (kHz) IGBT 1200 V / 50 A; Vd = 540 V; ILeff = 25 A; Tj 0 5 10 15 20 25 30 0-0,2-0,4-0,6-0,8-1 0,2 0,4 0,6 0,8 1 m*cos � 543210 6 7 8 9 10 0 5 10 15 20 25 IGBT Diode IGBT Diode = 125°C [W ] [W ] 1.27 IGBT MOSFET cos � = 0.6-1 IGBT IGBT IGBT 2-3:1 (400V/50Hz) (fs = 10 12kHz) (fs = 10 12kHz) (400V/50Hz/22kW) 1. IGBT 1200 V/100 A (Tc = 80°C) 2. IGBT 1200 V/75 A (Tc = 80°C) pin pn pin pn n pin 100V MOS 1. wB 2. + n n - n n n - ++ p n - p w w B n - n + N ,N A D p + n - n + p + n - n + w w w 100V pin i n pin 1.28 n+ n p wB wB pn 0.6 0.8V 100V 600V 1200V 600V n pin 1.28 n p n+ 100V pin 0 W p n - n + p n - n + -E(w) -E(w) 0 WB WB W a) E 0 E 0 E 1 w* b) pn n Vf = Vdiff + Vohm (1.6) pn pn 0.6 0.8V 600V wB [283] VOhm = e (1.7) LA LA = � DA DA DA = 2 k k = 1.38066*10-23 J/K q q = 1.60218*10-19C �n �p n [284] wB wB 1.29 wB n+ NPT [285] wB n+ PT 3πkT 8q wB 2LA �n�p �n + �p kT q NPT wB wB = 2 C VR (1.8) C = 1.8*10 -35 cm6V-7 PT E1 = E0 1.29 wB(PT ) = C VBD (1.9) NPT wB(1.8) wB(PT ) = 2 wB(NPT) � 0 63wB(NPT) (1.10) wB(PT) � 0 66 • wB(NPT) (1.11) (1.11) PT (1.8) NPT 0.8V PT wB 1200V wB PT 1200V 1.30 1.31 2 3 1 6 7 6 1 6 7 6 _2 3 100 200 1E+14 1E+16 1E+18 1E+20 t2 t3 t2 t3 t4 t5 p n+ NA, ND, p n- t0 n 1016cm 3 n p t2 t4 n n � p 1.30 t4 t4 t5 1.31 t5 1.31 1.24 100 200 1E+14 1E+16 1E+18 1E+20 t0 t2 t3 t4t4 t5 t6 t5 t6 p n+ n- NA, ND, p 1. n wB NPT (1.9) VF/QRR (1.7) [286] 2. wB n nn+ 1.30 1.31 nn+ 3. p 1.3.4.1 4. pn nn+ 1.3.4.2 QRR IR n p p = (1.12) vd (7.57*106 cm/s) A 1.30 1.31 t2 t4 p ND Neff Neff = ND + P (1.13) pn p n Neff = ND + p – nav (1.14) Nav pn [289] (1.12) p dV/dt wB (1.12) pin pn nn+ 1.30 nn+ pn p IR qvdA n n- + a) p+ p+ n n- + b) p PiN/ p+ 1.32a [290] p n 600V 1000V p p 1.32b [132] [291] dI/dt 1000A/�s p 1.33 16 25642 p 1.33 160 /squ 1.33 60 /squ a) b) 2,47 1,31 0,16 0,19 0,12 0,00 0,19 0,23 0,38 0,00 0,04 0,04 0,18 0,33 0,15 0,19 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 [% ] 160 Ohm/squ 60 Ohm/squ 1.33 SEMIKRON He++ 1.34a 1.34b 10MeV GeV p+ n- n+ N ,NA D Nrek p+ n- n+ b)a) Nrek N ,NA D Nrek 1.34a n pn 1.34b [292] [293] [147] pn pn 1.35 1.31 CAL 1.35 He++ pn p He++ p n- n+ 1E+13 1E+14 1E+15 1E+16 N re c [cm - 3 ] 0 50 100 150 200 x [µm] 1.24 CAL IGBT He++ CAL He++ CAL 1200V 1700V CAL 15kA/cm2�s dI/dt I [A] 200 0 125 C 1800A/ S 0 1000 2000 3000 U[V] 2500V 100A -200 500 1000 2000 IRRM 1.33 CAL 2600 CAL 1.36 3.3kV CAL 1.35 0.5�H 1500V CAL dI/dt 2000A/cm2�s CAL wB 1.10 1.11 PT wB VFR wB 1700V IGBT dI/dt VFR 1700V CAL VFR 50% [106] IGCT CAL 1. 2. PT 3. 4. 5. 1991 [295] [296] 1.37 PT p n+ n- p n- n+ wS wE IEIS I DS DE 1.38 DE DS DS IS t1 DE t1 DS pn DE dI/dt I t t t t t 1 2 3 4 D E DS V 100 200 300 400 [ns] V 100 200 300 400 [ns] onon t2 DE pn t2 t3 DE DS t3 t4 DS DS DE DS 10 25% 1996 100V 200V MOSFET DE 400V DS CAL 150A/cm2 1.1V 1.39 350A/100V MOSFET 1.39 1.39 DS 100V 33V MOSFET dI/dt MOSFET 1.3 0.3 48% 600V wB CAL PT wB RC RC 1200V n VR [297] R � (1.15)nVr – Vm(n – l) • �I r Vm �I r [297] �I r = 0.85 Irm (1.16) Irm pn n Vr C (1.17) �QRR �QRR = 0.3QRR (1.18) �QRR IGBT 1. pn n 2. 3. IGBT 4. RC (n – 1) • �QRR n • Vr – Vm V[V] V[V] RC >2mV/K 1. 2. 2mV/K