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东芝的IGBT/IEGT紧凑模型实现了对能效和电磁干扰噪声的高精度预测

2019年6月14日

东芝电子元件及存储装置株式会社

东京—东芝电子元件及存储装置株式会社(“东芝”)开发了一个紧凑的模型,可用于高精度模拟和预测绝缘栅双极晶体管(IGBT)和注入增强栅极晶体管(IEGT)中的功率损失和电磁干扰(EMI)所产生的噪声。该模型能较准确地再现电流接近时所测得的开关波形,当将仿真时间缩短到1/30以下时,可使错误率降低95%以上。[1]

 

详情参见在上海举行的由IEEE主办的2019年功率半导体器件和集成电路国际研讨会(ISPSD 2019)报告。

 

功率器件是逆变器和转换器电路的重要组成部分。IGBT和IEGT集成了MOS栅极控制和双极电导调制,在大功率应用中尤为重要,它们实现了高输入阻抗和低导通电阻。电动汽车和可再生能源市场的增长将继续推动对于IGBT和IEGT的需求。

 

在开发IGBT和IEGT时,电子流和空穴流是产生复杂开关性能的重要考虑因素。精确的电路仿真对于预测功率效率和电磁干扰噪声至关重要,不可预测的电磁干扰噪声会损坏设备,而传统的模型无法充分再现开关行为。另外增加电路中的电阻可以抑制电磁干扰噪声,但会降低设备的效率。

 

东芝凭借其丰富的电路建模技术和世界一流的电力设备专业知识,为IGBT和IEGT开发了一种新的紧凑型仿真模型,实现了对功率损耗和电磁干扰噪声的精确预测。它具有两个特点。

 

两个带有理想二极管的额外并联子电路,以及能够再现开关波形的电阻和电容器(RC)电路。传统的模型可以表现空穴流或电子流,但是子电路可以同时表现这两种情况,这就确保了对于双极晶体管复杂开关性能的精确预测。

 

该模型还引入了一个电容器,可显示电容随时间的变化。传统的模型使用电容稳定的电容器,而不考虑晶体管的电压,该模型中的电容器则由响应电压变化的非线性函数构成。这就实现了对于开关时电磁干扰噪声的精确预测。

 

电路结构的优化将实现比传统模型更低的电感负载开关仿真时间。

 

东芝将继续改进建议模型的精度,期望尽早将该模型投入使用。

[1]传统和一般模型由电流源和RC电路组成。截至2019年5月,东芝电子元件及存储装置株式会社调查

传统模型与建议模型的比较

Comparison of conventional

Proposed model

提高了错误检测率

Improved error detection rate

Improved error detection rate

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