[实用新型]一种集成光触发一体化IGBT结构

摘要

本实用新型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。本实用新型针对现有技术存在的问题，通过设计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控制IGBT的通断，与IGBT电路结构在同一片硅片上加工，用于解决IGBT的绝缘隔离及状态转换时间长的问题。本实用新型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，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；所述触发控制初级电源电路包括充电电阻(Rh)、齐纳稳压二极管(D1)以及第一储能电容(C1)；所述齐纳稳压二极管(D1)与第一储能电容(C1)并联；齐纳稳压二极管(D1)一端与充电电阻(Rh)一端、第一储能电容(C1)一端连接，另一端与IGBT源级连接；充电电阻(Rh)另一端与IGBT漏极连接；第一储能电容(C1)一端与第一电源模块输入端、第二电源模块的输入端、齐纳稳压二极管(D1)一端及充电电阻(Rh)一端连接，第一储能电容(C1)另一端与IGBT源极连接；所述电压差U0通过充电电阻(Rh)给第一储能电容(C1)充电，使得第一储能电容(C1)的充电电压阈值为U1；然后第一储能电容给正 极性以及负极性栅极电压控制电路馈电，控制IGBT处于关断或者导通状态；触发控制初级电源电路输出端指的是二极管(D1)与第一储能电容(C1)并联，且与充电电阻(Rh)连接的端口；所述正极性栅极电压控制电路包括第一电源模块(A)、第一限流电阻(R1)、第二储能电容(C2)以及光控制开关(PCSS)；第一储能电容(C1)同时为第一电源模块(A)供电，触发控制初级电源电路电源输出端通过第一电源模块(A)与第一限流电阻(R1)一端、第二储能电容(C2)一端连接；第一限流电阻(R1)另一端通过光控制开关与IGBT栅极连接；第二储能电容与第一电源模块(A)及第一限流电阻相连接的一端作为正极性连接端；第二储能电容(C2)另一端通过短路连接线连接到IGBT源极，是第二储能电容(C2)的地线端；所述第一电源模块(A)输出正极性电压U2，U2＝Ug+Uk+Um，Uk为光控制开关导通压降，Ug为IGBT要求的驱动电压，Um为由工作模式和回路杂散参数确定的调整电压，Um≤3V；所述负极性栅极电压控制电路包括第二电源模块(B)、第二限流电阻(R2)、第三储能电容(C3)、第三限流电阻(R4)、泄放电阻(R3)；触发控制初级电源电路输出端通过第二电源模块(B)与第三限流电阻(R4)一端相连接；第三限流电阻(R4)另一端与第三储能电容(C3)一端、第二限流电阻(R2)一端连接；第二限流电阻(R2)另一端与IGBT栅极连接；第三储能电容(C3)与第二限流电阻(R2)和第三限流电阻(R4)相连接的一端作为负极性钳位电压输出端；第三储能电容(C3)另一端通过短路连接线与IGBT源极连接；第一储能电容(C1)为第二电源模块(B)供电时，所述第二电源模块输出负极性电压U3，其中U3＝Uoff·(第二限流电阻阻值R2+泄放电阻R3阻值)/泄放电阻R3阻值；Uoff指的是IGBT关断电压阈值，Uoff为‑5V。