1、普通二極管和電力電子用的二極管在結構上有什么區別?提示:psn結構,s層的作用是什么?可以從雜質摻雜濃度來分析。
2、在現代開關器件中,經常可以看到punch through技術的應用。請介紹一下這種技術的原理和它的優點(相比起沒有使用此技術的器件)。
3、IGBT有“電導調制”的特點,應此igbt在大電流,較低頻率的應用場合較MOSFET更有優勢。何謂電導調制?
4、thyristor和gto結構上大同小異,但后者卻能夠實現主動關斷。請介紹一下生產工藝上的差異。
5、在大電流應用場合,有時需要多管并聯。現在可供選擇的器件有igbt和mosfet。哪些可以用于并聯,哪些不可以?原因是什么?
6、在常用的dcdc converter中,如buck converter 或boost converter,二極管的反相恢復時間對能量損耗的影響很大。為改善損耗,請給出兩種方法。提示:新器件雞拓撲結構。
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答:通常為了增加二極管的耐壓,理論上可以增厚pn結,并且降低雜質濃度,但是缺點是正相導通損耗變大。
通過加一層低雜質的s層,性能得到改觀:正相導通的時候s層完全導通,近似于短路,直接pn連接,所以壓降小;反相接電壓的時候,由于s層的雜質濃度低,電導低,或者說此s層能夠承受的最大電場E較大,所以s層能夠承受較大電壓而不被擊穿。
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答:在開關器件中,用于提高耐壓的s層往往并沒有得到充分的利用,因為s層的一端耐壓為Emax的時候,另外一段為0,也就是說,E在s層并不是均勻分布的,Umax~0.5(Emax+Emin)——注意,器件耐壓只取決于s層中E對于l長度的積分。punch through就是在s層與pn結直接再加一層高雜質摻雜的薄層,使得此層中電場由Emax變化到Emin=0,而真正的s層中處處場強都接近于Emax。
理論上,通過punch through技術,s層的寬度可以減少50%——在耐壓不變的前提下。實際中由于s層必須有一定的電導,寬度會略大于50%。
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答:電導調制其實很簡單,也就是Uce之間的等效電路模型為一接近理想的二極管。飽和電壓不隨著電流增加而增加,導通損耗為P~I;而mosfet的ds等效電路為一個電阻,損耗為P~I^2。因此在通態損耗占主要因素的場合(如電機驅動),igbt更有優勢。
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答:比較難用文字說清楚,gto是的層與層之間是環形結構,所以結合程度要比普通的晶閘管好,能夠實現關斷(具體請自行參閱相關文獻)。
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答:mosfet可直接用于并聯,igbt不方便。因為mosfet是負溫度系數,各個并聯管之間可以平衡:T上升,Rds上升-》I減小。而igbt是正溫度系數不行,同理,雙極型三極管也不可以簡單并聯。如果要并聯,必須串聯在e極一個小電阻,但這就降低了效率,不太實用。
另外igbt還有latch的問題,詳情參考相關文獻。
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答:方案一,用SiC代替快回復二極管。經過計算得出,不少情況下,雖然SiC二極管比較貴,但從整體而言產品性價比更高,原因:開關損耗小,散熱片小。。。
方案二,用synchronous boost、buck converter代替。上臂的管子也用mosfet。利用mosfet在Ugs接電壓的時候ds雙向導通的特點(純看上去一電阻),減小損耗,尤其在低電壓驅動電路中,此結構可大大減少電路通態損耗。
方案三,讓管子工作在discontinueous的狀態。
方案四,讓管子工作在continueous狀態,但是減小電感,增加電流的ripple,使其最小值低于0——resonant pole,缺點是mosfet通態損耗變大。
以上答案均為個人總結,如有差錯,還請包涵。
感想:此考試的專業并不是半導體制造工藝,而是很general的基礎課程。50%的電子方向學生都必須通過這門考試。我觀察了國內論壇挺久,發現大多討論話題都是比較偏向實際應用的。可是我感覺,如果沒有對于一個系統有著真正本質的了解而只是浮在表面,作出來的系統很難工作在一個optimal的狀況下。譬如選電感的時候,ripple factor多大對于系統最優?電解采用哪種產品,它在“此”電路中的壽命大約多少?mosfet在此電路中的壽命大概是多少?確實,這些是很底層的東西,但是如果我們工程師不去掌握它,設計層面停留在“大約”的階段,產品是很難和國外的相比的。