论文摘要
随着IGBT在电力电子技术中的广泛应用,其驱动模块的设计也备受关注。因为它是提高能量转换效率和保护IGBT的关键器件,它是强电和弱点的接口,是IGBT门极控制的直接动力,又是检测IGBT状态的最直接方式,所以IGBT驱动芯片的设计既涉及对于IGBT功率半导体的特性了解,又要结合大规模集成电路制造的工艺现状。本文首先详细讨论了IGBT的结构和工作机理,以及它的基本应用拓扑,包括驱动和隔离等内容,旨在为驱动芯片的设计提供实际的应用环境。因为IGBT可视为双极型大功率晶体管和功率场效应晶体管的复合,其输入极为MOSFET,输出极为PNP晶体管。所以开关过程较为复杂,而且开关时间不对称,关断时存在拖尾现象。为了针对IGBT驱动进行设计,因此对IGBT的讨论占用了不少的篇幅。另外,它的基本应用系统和切实可行的工艺选择也是设计一款芯片必备的条件。IGBT一般用于逆变电路,上下臂电压差别很大,因此需要隔离；IGBT驱动对于电压电流的要求较高,同时又要集成保护模块,对于集成度和响应速度有一定要求,因此BCD工艺是最优的选择,因此又阐述了BCD上艺的相关内容。最后,借助宏力半导体的BCD模型库及Tanner和Synopsys的EDA工具进行了设计和仿真。其中包括驱动、过压欠压保护、退饱和保护和慢关断等功能。通过Hspice仿真分析验证,能够满足通用IGBT分立器件的驱动需求。