IGBT的基本特性仿真研究.pdf

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1、第29卷第8期(上)赤峰学院学报(自然科学版)Vo1．29No．82013年8月JournalofChifengUniversity(NaturalScienceEdition)Aug2013IGBT的基本特性仿真研究郝保明，许海峰，李彪，陈欣欢(宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州234000)摘要：本文首先从IGBT内部结构组成和工作原理两方面出发，阐述了一种新的简便的IGBT建模方法，利用此方法建立的模型参数数量大为减少，结构简单且参数容易提取，减小了模型计算量，对IGBT的基本特性进行了仿真研究．关键词：IGBT；模型；仿真研究中图分类号：TM769文献标识码：A文

2、章编号：1673—260X(2013)08—0038—02PSpice自从问世以来，就迅速得到了广泛应用，并且具所示，并对zTl和zT2两种状态的特性曲线分别作了对比有快速、准确的仿真功能m．虽然包括PSpice、Saber等在内的电阻R1许多模拟软件具有很齐全的功能，能够进行准确模拟，但通常不能直接对IGBT和功率MOSFET器件性能进行仿真[21．原因是：第一，这些模拟软件通常并没有功率器件模型的库；第二，一般来说这些软件需要器件的初始条件，包括工艺数据等参数．1lGBT的简化结构以NPN型IGBT为例，N—IGBT是三端器件，其基本结构是由N沟道的VDMOSFET与双

3、极型晶体管BJT两部分图2仿真特性曲线电路图所组成【引，简化结构如图1所示：转移特性曲线(ZT。)如图3所示，横轴v—v：表示栅极与发射极间电压U既，纵轴一I(R1)表示集电极电流I．其中参数设置是：V_V的变化范围是0～15V，其步长是1V．集电极与发射极间电压为30V，Rl=0．05mO，仿真温度是25℃．阀值电压计算值为4．3V，与仿真波形显示相符．E发射极图1简化结构图从简化结构可以看出IGBT相当于两个级：输入级和输出级．其中，输入级是MOSFET，输出级是PNP晶体管．输入控制着输出，是一种电压控制型器件．其开通和关断是由栅极和发射极间电压u所决定的．当给IGB

4、T栅极一个正向电压降时，IGBT就能够自动导通；当给IGBT的栅极一个反向的负电压时，IGBT就会自动关断．流过MOSFET的电流为图3IGBT的转移特性曲线(ZT．)IGBT电流的主要部分，MOSFET的参数取值决定了IGBT输出特性的曲线(ZT)如图4所示，图中横坐标vV1为的特性，包括其开关和存储时间等．IGBT的集电极与发射极间电压u，纵坐标一I(R1)是集电极2lGBT的基本特性仿真电流I．仿真参数设置是：v—v1的变化范围是O~20V，步长2．1静态特性设置为lV．分别选取栅射极之间电压u为5V、8V、14V和IGBT的静态特性包括转移与输出共两种特性．所谓转1

5、5V共四个电压值，观察其输出特性．移特性指的是IGBT的集电极电流I和IGBT的栅极与发为增加模型仿真的可比性，需要考虑温度效应．取绝对射极间电压u的变化关系[41．仿真特性曲线电路如下图2温度T=368．15K，根据计算的模型参数带入仿真，可得在zT2基金项目：安徽省教育厅自然科学研究项目(KJ2013Z316，KJ2013Z317)；宿州学院硕士科研启动基金项目(2010yssO12010yss02，2009YSS07，2009YSS08)；宿州学院科研平台开放课题(2013YKF25)一38—若减小R，电流变化迅速也会导致反并联二极管反向峰值电流增大．因此，考虑到仿真

6、实验的收敛性，取R为3Q．删电压(”啦图4IGBT的输出特性(ZT)时的仿真特性曲线，如图5和图6所示．图8栅极驱动电压波形激励信号采用脉冲源，周期选为100us，IGBT栅极驱动电压波形如图8所示．集射极间电压为300V，负载电感和电阻分别取0．035mH、50Q．图5IGBT的转移特性曲线(ZT)；图9IGBT输出电压电流图IGBT的输出电压以及电流如图9所示．其中，横坐标V(C：1)指的是IGBT集射间电压u旺，纵坐标一I(L1)指的是负载电流，负号表示电流从Ll的端点1流向端点2，仿真波形中导通压降在2V左右，与实际相符．电压(v'删3总结图6IGBT的输出特性曲线

7、(ZT：)本文首先从IGBT内部结构组成和工作原理两方面出根据转移特性和输出特性曲线可以看出，温度变化影发，阐述了一种新的简便的IGBT建模方法，运用PSpice软响着IGBT，温度效应影响着IGBT的内部参数．此方法适用件结合厂商提供的特性曲线和特征参数，并考虑温度效应于不同软件对IGBT的仿真，适用范围广．同时，结合PSpice的影响，建立了IGBT仿真模型．软件的特点，可设定不同的仿真温度，从而根据不同温度下IGBT的输出特性曲线，重新取值计算模型参数．参考文献：2．2动态特性[1]梁中华，成燕，孙勇军，等．