一种FS型IGBT开关瞬态模型建立方法技术

本发明专利技术提供了一种FS型IGBT开关瞬态模型的建立方法，通过采用一些新的模型方法与假设条件，建立了一种FS型IGBT的新型开关瞬态仿真模型，该模型根据FS型IGBT的结构特点和工作机理，在FS层内采用了大注入假设和双极输运方程，同时还考虑了基区内空穴复合的影响。本发明专利技术所得FS型IGBT开关瞬态模型，比已有模型具有更高的准确度，可以较好的满足FS结构IGBT开关瞬态精确仿真的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种模型建立方法，具体涉及一种适用于新型场终止(Field Stop，简称FS)结构IGBTansulated Gate Bipolar Transistor)的开关瞬态模型建立方法。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种综合了功率场效应晶体管(MOSFET)和双极型功率晶体管(Bipolar Junction Transistor-BJT)结构的复合型器件，它同时具有二者驱动简单、损耗低、可承受高电压和大电流、热稳定性好等优点，自上世纪八十年代出现以来， 已经被广泛用于各种中、大功率电力电子装置中，是目前应用最为广泛的全控型电力电子器件。仿真模型是指导IGBT设计、制造以及实际工程应用的重要工具精确的仿真模型可以为IGBT的结构设计、参数优化提供精确量化的分析手段，做到器件选择、主电路拓扑设计、驱动电路和吸收保护电路设计以及整个系统性能的最优化；可以深化对电力电子器件内部工作机理的认识，提高器件应用水平；还可以为电力电子器件的应用可靠性研究提供有力的分析工具，在确保器件安全可靠的前提下，尽量将其用到极致。总而言之，IGBT的仿真模型对于器件设计制造本身以及高功率密度、高可靠性电力电子装置的研制，都具有重要的意义。伴随着电力电子器件设计水平与生产工艺的不断提升，IGBT也经历了从NPT型、 PT型到FS型结构的发展历程。新一代FS型IGBT在功率等级与综合性能上都实现了飞跃， 正逐步占据IGBT应用的统治地位。然而现有技术中FS型IGBT模型建立时还是沿用PT型的建模方法，虽然可以简化模型建立过程，但是其精确度得不到保证。附图说明图1中给出了 PT型IGBT的结构示意图，为了便于分析首先建立图2所示的模型分析坐标系。坐标系中，内部晶体管P+发射极和FS层的P+发射极/N+结边缘被设为FS 层的坐标原点χ* = 0 ；FS层宽度为Wh ；FS层与基区交界处被设为基区的坐标原点χ = 0，x* =x+WH ;ffL为准中性基区宽度，Wlb为冶金基区宽度。由于基区本身的掺杂浓度队较低，一般只有1014cm_3，而注入基区的过剩空穴浓度 δ ρ为1015_16cm_3，δ ρ >>队，属于大注入情况，因此，PT模型中空穴的电流双极输运方程可由式(6)表示。权利要求1.一种FS型IGBT开关瞬态模型建立方法，包括如下步骤(A)根据FS型IGBT的物理结构建立模型分析坐标系，坐标系的横坐标表示各层结构的厚度，纵坐标表示内部空穴的浓度分布；(B)根据IGBT基区的结构参数，采用大注入假设条件，得到基区的电流双极输运方程和空穴连续性方程(7)2.根据权利要求1所述的FS型IGBT开关瞬态模型建立方法，其特征在于所述步骤(B)中，在求解基区空穴电流时，考虑基区空穴复合的影响，保留式(7)等号右边第一项，以及相应的式(1 等号右边第三项，得到所述流入和流出基区的空穴电流表达式全文摘要本专利技术提供了一种FS型IGBT开关瞬态模型的建立方法，通过采用一些新的模型方法与假设条件，建立了一种FS型IGBT的新型开关瞬态仿真模型，该模型根据FS型IGBT的结构特点和工作机理，在FS层内采用了大注入假设和双极输运方程，同时还考虑了基区内空穴复合的影响。本专利技术所得FS型IGBT开关瞬态模型，比已有模型具有更高的准确度，可以较好的满足FS结构IGBT开关瞬态精确仿真的需要。文档编号G06F17/50GK102323967SQ20111026323公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日专利技术者刘宾礼, 唐勇, 孙驰, 揭桂生, 汪波, 肖飞, 胡安, 陈明 申请人:中国人民解放军海军工程大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＦＳ型ＩＧＢＴ开关瞬态模型建立方法，包括如下步骤：（Ａ）根据ＦＳ型ＩＧＢＴ的物理结构建立模型分析坐标系，坐标系的横坐标表示各层结构的厚度，纵坐标表示内部空穴的浓度分布；（Ｂ）根据ＩＧＢＴ基区的结构参数，采用大注入假设条件，得到基区的电流双极输运方程和空穴连续性方程（７）：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）＆ｄｅｌｔａ；ｐ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｄｘ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｉ）＆ｄｅｌｔａ；ｐ（／ｍｉ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｌ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｉ）Ｄ（／ｍｉ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）＆ｄｅｌｔａ；ｐ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｄｔ（／ｍｉ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）７（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）；（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）式中，Ｌ为双极扩散长度，Ｄ为双极扩散系数；代入基区空穴分布的两个边界条件，求解方程（７），获得基区的空穴浓度分布表达式：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）＆ｄｅｌｔａ；ｐ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｗ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｗ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｄ（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｄＷ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｄｔ（／ｍｉ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｗ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）６（／ｍｎ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｎ）３（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）３（／ｍｎ）?（ｍｉ）Ｗ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｌ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｐ）?...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐勇，孙驰，胡安，陈明，汪波，肖飞，刘宾礼，揭桂生，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：83