igct阻断特性模拟

《igct阻断特性模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、IGCT阻断特性模拟

2、第1内容显示中摘要：本文通过对IGCT结构特点及工作原理的定性分析，建立了IGCT的结构模型，并利用MEDICI软件对IGCT的阻断特性进行了模拟分析，给出了2800VIGCT纵向结构设计参数和I-U特性模拟曲线。1引言IGCT（IntegratedGatemutatedThyristor）称为集成门极换流晶闸管。它是近年来发展起来的一种新型的电力电子器件。与GTO和IGBT相比，IGCT具有损耗低、速度快、内部机械部件少、成本低和结构紧凑等优点，能可靠、高效地应用于各种驱动控制，静态无功

3、补偿器SVG，电力变流器及柔性交流输出系统FACTS、电机车变电站和民用电力市场。IGCT最早是由瑞士ABB公司提出的，随后日本三菱电子公司也开始研究IGCT。目前ABB公司的IGCT已形成了系列产品。主要有非对称型和逆导型两种。其中大部分为逆导型IGCT，其最高阻断电压为6kV，最大可关断电流为6kA。而国内对IGCT的研究尚处于开发阶段。因此，为了促进国内电力电子技术的发展，缩小与国外的差距，我国应加大IGCT开发力度。2结构特点与工作原理GCT的基本结构与GTO相似，都采用分离并联的阴极结构，门极和阳极均

4、为公共连接。图1是GCT一个单元的剖面图。它由两部分组成：左边是一个五层的PNN-PN+晶闸管，可认为是由GTO改变而成。其N基区由N-基区和n缓冲层两部分组成；并用透明阳极代替短路阳极，左边称为非对称型GCT；右边是PN-N二极管；两部分反并联形成逆导型GCT。GCT的工作原理与逆导型GTO的工作原理也有相同之处。GCT利用强门极脉冲开通，阴极NPN管在其导通前出现有效饱和，使GCT实现均匀导通，转而成为一种晶闸管状态。因此导通时GCT相当于一个晶闸管，具有较低的压降；阻断时则相当于一个PNP晶体管。两者的区

5、别在于关断机理不同。GTO由导通态转到阻断态，要经过一个既非晶体管又非晶闸管的“GTO”区。在此期间GTO要承受较大的电流和电压，因此功耗很大，且易重新触发导通。而GCT在主阻断结上的电压上升之前，阴极NPN管就被关断，因而没有“GTO区”，其实质是PNP晶体管的关断，因此关断时间很短，关断损耗也很小。3结构模型根据IGCT具有缓冲层、透明阳极及逆导结构的特点，建立了IGCT的模型结构。假定GCT管芯采用圆形硅片，PNN-PN+晶闸管部分位于硅片中心，外围为PN-N二极管部分。其剖面如图2所示。左边为PNN-P

6、N+晶闸管部分，右边为PN-N二极管部分。其中PNN-PN+晶闸管采用了与GTO相似的多门极-多阴极并联结构，阳极与PN-N二极管的阴极共用。由于阻断特性仅与纵向结构有关，所以图中只画出了一个阴极单元。以2800VIGCT的设计为例，首先考虑N-基区的设计。由于GCT管芯中集成了PN+N-PN+晶闸管与PN+N二极管，为了承受相同的阻断电压，两者的N-基区应具有相同的厚度和电阻率。N-基区设计时主要是协调阻断电压与通态压降之间的矛盾。N-基区的厚度越厚，电阻率越高，其阻断电压越高，但其通态压降也会增加。因此,设

7、计时要对N-基区厚度和电阻率折衷考虑。在保证N-基区能承受一定阻断电压的前提下，应尽量减小通态压降。为了确定N-基区厚度和电阻率，我们利用MEDICI软件对PN-N二极管的阻断电压与N-基区的厚度和电阻率之间的关系进行了模拟分析，结果如图3所示。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">图3a是rN-为200EDICI软件对IGCT中的PNN-PN+晶闸管和IGCT的阻断电压进行了模拟。

8、4.1PNN-PN+晶闸管的模拟结果根据结构模型参数确定的PN-N二极管的杂质分布如图4a所示。在此分布下阻断电压的模拟结果如图4b所示。500)this.style.ouseg(this)">　500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">由模拟结果可知，当PN+N-PN+晶闸管的N-基区厚度大约为200mm，得到阻断电压为2800V。因此，N-基区的设计参数符合阻断电压要求。为了便于与PNN-PN+晶闸管进行比较，对PNPN晶闸管的阻断特性也

9、进行了模拟。模拟时所用的掺杂分布及模拟结果如图5所示。由图可见，要达到2800V的阻断电压，采用NPT结构大约需要的N基区厚度为420mm。由以上模拟结果可知，对于相同的阻断电压，采用PT结构所需的N-基区厚度大约为NPT结构的47.6%（注意PT的N基区浓度比NPT结构的稍低）。所以，在相同的N-基区厚度下，采用PT结构可以提高阻断电压。4.2GCT的模拟结果模拟IGCT正向特性时所