[发明专利]一种FS型IGBT开关瞬态模型建立方法

权利要求书

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。

2.根据权利要求1所述的FS型IGBT开关瞬态模型建立方法，其特征在于：

所述步骤(B)中，在求解基区空穴电流时，考虑基区空穴复合的影响，保留式(7)等号右边第一项，以及相应的式(15)等号右边第三项，得到所述流入和流出基区的空穴电流表达式：

IPL(x=0)=IT1+bL+QLτAb+QLτr+2QL3τL---(18);]]>

IPL(x=WL)=IT1+bL+QLτAb+QLτr-QL3τL---(19);]]>

式中：I_T为IGBT总导通电流；b_L为基区电子迁移率与基区空穴迁移率之比；

QL=qAWLPL02]]>τAb=WL22DL]]>

τr=3QBCBCJdVbcdt]]>Q_B＝qAW_LN_L

Q_L即为基区总的电荷量。