4.5kV IGBT/二极管芯片组在高压直流输电领域的应用

　　IGBT 和二极管的结构

　　IGBT 沟槽技术因为单元之间的载流子累积作用、单元间距和沟道长度经过优化、并且有专为高阻断电压而设计的沟道宽度，所以通态损耗很低。因此，沟槽技术提供了一种影响单元下载流子浓度的可行办法，并且影响范围比标准平面技术的更宽。图 2 描绘的是 4.5KV IGBT/ 二极管的剖面示意图。两种设备都采用了 VLD 结构（横向掺杂）进行边缘终结。这种结构与垂直 HDR 结构相结合，令开关序列期间的动态雪崩现象减少，从而赋予 IGBT 极高的关断鲁棒性，赋予二极管极高的整流鲁棒性。

　　图 2：适用 HDR 和 VLD 边缘终结的 IGBT（左）和 EC 二极管（右）的剖面示意图

　　电气性能

　　1）静态特性

　　为了实现4.5KV IGBT 较低的导通状态电压，特意对众所周知的 6.5KV 器件平台沟槽技术进行了调整。做法是选用合适的基体材料并且采用经过调整的场截止（field stop） 和经过优化的电池设计，赋予 4.5kV 器件同类最佳的通态特性。基于 FZ1200R45HL3 模块的标称电流 1200A，获得了典型的 VCE（sat）=2.35 V@25℃，VCE（sat）=2.9V@125°C 和 VCE（sat）=3.0V@150℃。EC 二极管在电流等于标称电流 1200A 时表现出几乎呈中性的温度系数，在 25°C ≤ T ≤ 150°C 的温度范围内表现出典型的正向压降并且 Vf≤2.5V。

　　2）动态特性

　　额定条件下，即 VCE=2.8kV，IC =1200A 和 T=150℃ 的开关波形如图 3 所示。在这些条件下，可以发现存在换向电感为 150 nH 的软关断行为。VCE 不超过 3.4kV。在更加苛刻的条件下，即有杂散电感更高、电流更大、工作温度低至 -40°C 时，软关断也能保证。典型的接通和反向恢复波形也被描绘成图，图中可以看到非常平滑的 IF 尾部渐变。

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