[發明專利]一種集成光觸發一體化IGBT結構及設計方法有效

申請號：	201710174332.5	申請日：	2017-03-22
公開（公告）號：	CN106849924B	公開（公告）日：	2023-05-16
發明（設計）人：	趙娟;李博婷;李洪濤;黃宇鵬;李波;張信	申請（專利權）人：	中國工程物理研究院流體物理研究所
主分類號：	H03K17/567	分類號：	H03K17/567;H03K17/041
代理公司：	成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214	代理人：	徐靜
地址：	621000 四***	國省代碼：	四川;51
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種集成觸發一體化 igbt 結構設計方法
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【權利要求書】：

1.一種集成光觸發一體化IGBT結構，其特征在于包括：

觸發控制初級電源電路，用于跨接在IGBT源級和漏極之間，當IGBT漏極(D極)與IGBT源級(S極)存在電位差U₀時，通過觸發控制初級電源電路輸出端為負極性及正極性柵極電壓控制電路進行儲能充電，觸發控制初級電源電路為柵極電壓控制電路提供的閾值儲能電壓值為U₁；U₀U₁；U₁＝U_g+U_k+U_MF+U_m；U_g為使IGBT導通所需的柵極(G極)-源極電位差，U_k為光控制開關(PCSS)導通壓降，U_MF為第一電源模塊工作壓降，U_m為由工作模式和回路雜散參數確定的調整電壓，U_m≤3V；

負極性柵極電壓控制電路，用于設置在觸發控制初級電源電路輸出端與IGBT柵極之間；當正極性柵極電壓控制電路的光控制開關(PCSS)未受光照時，負極性柵極電壓控制電路對IGBT柵極進行負極性充電，使得IGBT保持關斷狀態；

正極性柵極電壓控制電路，用于設置在觸發控制初級電源電路輸出端與IGBT柵極之間；當正極性柵極電壓控制電路的光控制開關受到光照時，對IGBT柵極進行正極性充電，當充電滿足IGBT柵極導通控制電脈沖參數要求時，IGBT導通；當器件設計時以器件壽命為優先考慮因素時，光控制開關設定為線性工作模式時，光控制開關的導通時間等于光脈沖脈寬；

正極性柵極電壓控制電路的輸出端與負極性柵極電壓控制電路輸出端相連后連接到IGBT柵極上，IGBT柵極通過泄放電阻與IGBT源極相連；

所述觸發控制初級電源電路包括充電電阻R_h、齊納穩壓二極管D₁以及第一儲能電容C₁；所述齊納穩壓二極管D₁與第一儲能電容C₁并聯；齊納穩壓二極管D₁一端與充電電阻R_h一端、第一儲能電容C₁一端連接，另一端與IGBT源級連接；充電電阻R_h另一端與IGBT漏極連接；第一儲能電容C₁一端與第一電源模塊輸入端、第二電源模塊的輸入端、齊納穩壓二極管D₁一端及充電電阻R_h一端連接，第一儲能電容C₁另一端與IGBT源極連接，所述電位差U₀通過充電電阻R_h給第一儲能電容C₁充電，使得第一儲能電容C₁的充電電壓閾值為U₁；然后第一儲能電容給正極性以及負極性柵極電壓控制電路饋電，控制IGBT處于關斷或者導通狀態；觸發控制初級電源電路輸出端指的是二極管D₁與第一儲能電容C₁并聯，且與充電電阻R_h連接的端口；

所述正極性柵極電壓控制電路包括第一電源模塊、第一限流電阻R₁、第二儲能電容C₂以及光控制開關(PCSS)；第一儲能電容C₁為第一電源模塊供電，觸發控制初級電源電路輸出端通過第一電源模塊與第一限流電阻R₁一端、第二儲能電容C₂一端連接；第一限流電阻R₁另一端通過光控制開關與IGBT柵極連接；第二儲能電容與第一電源模塊及第一限流電阻相連接的一端作為正極性連接端；第二儲能電容C₂另一端通過短路連接線連接到IGBT源極，是第二儲能電容C₂的地線端；所述第一電源模塊輸出正極性電壓U₂，U₂＝U_g+U_k+U_m，U_k為光控制開關導通壓降，U_g為IGBT要求的驅動電壓，U_m為由工作模式和回路雜散參數確定的調整電壓，U_m≤3V；

所述負極性柵極電壓控制電路包括第二電源模塊、第二限流電阻R₂、第三儲能電容C₃、第三限流電阻R₄、泄放電阻R₃；觸發控制初級電源電路輸出端通過第二電源模塊與第三限流電阻R₄一端相連接；第三限流電阻R₄另一端與第三儲能電容C₃一端、第二限流電阻R₂一端連接；第二限流電阻R₂另一端與IGBT柵極連接；第三儲能電容C₃與第二限流電阻R₂和第三限流電阻R₄相連接的一端作為負極性鉗位電壓輸出端；第三儲能電容C₃另一端通過短路連接線與IGBT源極連接；第一儲能電容C₁為第二電源模塊供電時，所述第二電源模塊輸出負極性電壓U₃，U₃＝U_off·(第二限流電阻阻值+泄放電阻阻值)/泄放電阻阻值；U_off指的是IGBT關斷電壓值。