[发明专利]一种集成光触发一体化IGBT结构及设计方法

摘要

本发明属于半导体器件设计领域，尤其是一种集成光触发一体化IGBT结构及设计方法。本发明针对现有技术存在的问题，通过设计与IGBT电路结构在同一片硅片上加工的触发控制初级电源电路、正负极性栅极电压控制电路，采用绝缘隔离的触发方法控制栅极相对源极的电位差，从而控制IGBT的通断，用于解决IGBT的绝缘隔离及状态转换时间长的问题。本发明中当正极性栅极电压控制电路的光控制开关未受光照时，负极性栅极电压控制电路对IGBT栅极进行负极性充电，使得IGBT保持关断状态；当正极性栅极电压控制电路的光控制开关受到光照时，正极性栅极电压控制电路对IGBT栅极进行正极性充电，当IGBT栅极电压达到导通控制电脉冲参数要求时，IGBT导通。

主权项

一种集成光触发一体化IGBT结构，其特征在于包括：触发控制初级电源电路，用于跨接在IGBT源级和漏极之间，当IGBT漏极(D极)与IGBT源级(S极)存在电位差U0时，通过触发控制初级电源电路输出端为负极性及正极性栅极电压控制电路进行储能充电，触发控制初级电源电路为栅极电压控制电路提供的阈值储能电压值为U1；U0>U1；U1＝Ug+Uk+UMF+Um；Ug为使IGBT导通所需的栅极(G极)‑源极电位差，Uk为光控制开关(PCSS)导通压降，UMF为第一电源模块(DC‑DC模块A)工作压降，Um为由工作模式和回路杂散参数确定的调整电压，一般情况下Um≤3V；负极性栅极电压控制电路，用于设置在触发控制初级电源电路输出端与IGBT栅极之间；当正极性栅极电压控制电路的光控制开关(PCSS)未受光照时，负极性栅极电压控制电路对IGBT栅极进行负极性充电，使得IGBT保持关断状态；正极性栅极电压控制电路，用于设置在触发控制初级电源电路输出端与IGBT栅极之间；当正极性栅极电压控制电路的光控制开关受到光照时，对IGBT栅极进行正极性充电，当充电满足IGBT栅极导通控制电脉冲参数要求时，IGBT导通；当器件设计时以器件寿命为优先考虑因素时，光控制开关设定为线性工作模式时，光控制开关的导通时间约等于光脉冲脉宽；正极性栅极电压控制电路的输出端与负极性栅极电压控制电路输出端相连后连接到IGBT栅极上，IGBT栅极通过泄放电阻与IGBT源极相连。