[发明专利]一种FS型IGBT开关瞬态模型建立方法

摘要

本发明提供了一种FS型IGBT开关瞬态模型的建立方法，通过采用一些新的模型方法与假设条件，建立了一种FS型IGBT的新型开关瞬态仿真模型，该模型根据FS型IGBT的结构特点和工作机理，在FS层内采用了大注入假设和双极输运方程，同时还考虑了基区内空穴复合的影响。本发明所得FS型IGBT开关瞬态模型，比已有模型具有更高的准确度，可以较好的满足FS结构IGBT开关瞬态精确仿真的需要。

主权项

1.一种FS型IGBT开关瞬态模型建立方法，包括如下步骤：(A)根据FS型IGBT的物理结构建立模型分析坐标系，坐标系的横坐标表示各层结构的厚度，纵坐标表示内部空穴的浓度分布；(B)根据IGBT基区的结构参数，采用大注入假设条件，得到基区的电流双极输运方程和空穴连续性方程(7)：d2(δp)dx2=δpL2+1Dd(δp)dt---(7);]]>式中，L为双极扩散长度，D为双极扩散系数；代入基区空穴分布的两个边界条件，求解方程(7)，获得基区的空穴浓度分布表达式：δp(x,t)=P0(t)[1-xW(t)]-P0(t)W(t)DdW(t)dt[x22-W(t)x6-x33W(t)]+P0(t)[x22L2-x36W(t)L2-xW(t)3L2]]]>0≤x≤W(t)(15)；式中，P₀(t)为x＝0处的过剩空穴浓度，W(t)表示基区宽度变量；将表达式(15)代入大注入条件下的基区电流输运方程，得到流入基区的空穴电流I_PL(x＝0)表达式和流出基区的空穴电流I_PL(x＝W_L)表达式；所述流入、流出基区的空穴电流表达式均为包含基区总电荷Q_L的函数表达式；(C)根据FS层的结构参数，采用大注入假设条件，得到FS层的电流双极输运方程和空穴连续性方程(20-b)：d2(δp)d(x*)2=δpLpH2+1DpHd(δp)dt---(20-b);]]>式中，D_pH为FS层内的空穴扩散系数；L_pH为FS层内的扩散长度，τ_Hb为FS层内的过剩空穴寿命；代入FS层空穴分布的边界条件，得到FS层内空穴浓度分布；将FS层内空穴浓度分布代入大注入条件下的FS层电流双极输运方程，得到FS层内的空穴电流I_PH的表达式；所述FS层内的空穴电流表达式为包含FS层总电荷Q_H的函数表达式；(D)根据FS型IGBT的结构特征，有如下关系成立：FS型IGBT集电极电流I_C即为流出基区的空穴电流：I_C＝I_PL(x＝W_L)；流入基区的空穴电流和FS层内的空穴电流相等：I_PL(x＝0)＝I_PH；总电荷Q_T的表达式Q_T＝Q_L+Q_H；由上述三组关系联立得到集电极电流I_C与总电荷Q_T的关系表达式；(E)由所述集电极电流I_C与总电荷Q_T的表达式，结合IGBT内部结电容的充放电电流方程、总电荷方程、IGBT外部栅极电路方程和负载电路方程，代入初始状态值，求解得到IGBT阴极、阳极、栅极三个端口的电压、电流仿真结果。