1、普通二極管和電力電子用的二極管在結(jié)構(gòu)上有什么區(qū)別?提示:psn結(jié)構(gòu),s層的作用是什么?可以從雜質(zhì)摻雜濃度來(lái)分析。
2、在現(xiàn)代開(kāi)關(guān)器件中,經(jīng)??梢钥吹絧unch through技術(shù)的應(yīng)用。請(qǐng)介紹一下這種技術(shù)的原理和它的優(yōu)點(diǎn)(相比起沒(méi)有使用此技術(shù)的器件)。
3、IGBT有“電導(dǎo)調(diào)制”的特點(diǎn),應(yīng)此igbt在大電流,較低頻率的應(yīng)用場(chǎng)合較MOSFET更有優(yōu)勢(shì)。何謂電導(dǎo)調(diào)制?
4、thyristor和gto結(jié)構(gòu)上大同小異,但后者卻能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)關(guān)斷。請(qǐng)介紹一下生產(chǎn)工藝上的差異。
5、在大電流應(yīng)用場(chǎng)合,有時(shí)需要多管并聯(lián)?,F(xiàn)在可供選擇的器件有igbt和mosfet。哪些可以用于并聯(lián),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(fù)時(shí)間對(duì)能量損耗的影響很大。為改善損耗,請(qǐng)給出兩種方法。提示:新器件雞拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
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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(jié),并且降低雜質(zhì)濃度,但是缺點(diǎn)是正相導(dǎo)通損耗變大。
通過(guò)加一層低雜質(zhì)的s層,性能得到改觀:正相導(dǎo)通的時(shí)候s層完全導(dǎo)通,近似于短路,直接pn連接,所以壓降??;反相接電壓的時(shí)候,由于s層的雜質(zhì)濃度低,電導(dǎo)低,或者說(shuō)此s層能夠承受的最大電場(chǎng)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(kāi)關(guān)器件中,用于提高耐壓的s層往往并沒(méi)有得到充分的利用,因?yàn)閟層的一端耐壓為Emax的時(shí)候,另外一段為0,也就是說(shuō),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(duì)于l長(zhǎng)度的積分。punch through就是在s層與pn結(jié)直接再加一層高雜質(zhì)摻雜的薄層,使得此層中電場(chǎng)由Emax變化到Emin=0,而真正的s層中處處場(chǎng)強(qiáng)都接近于Emax。
理論上,通過(guò)punch through技術(shù),s層的寬度可以減少50%——在耐壓不變的前提下。實(shí)際中由于s層必須有一定的電導(dǎo),寬度會(huì)略大于50%。
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答:電導(dǎo)調(diào)制其實(shí)很簡(jiǎn)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(dǎo)通損耗為P~I;而mosfet的ds等效電路為一個(gè)電阻,損耗為P~I^2。因此在通態(tài)損耗占主要因素的場(chǎng)合(如電機(jī)驅(qū)動(dòng)),igbt更有優(yōu)勢(shì)。
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答:比較難用文字說(shuō)清楚,gto是的層與層之間是環(huán)形結(jié)構(gòu),所以結(jié)合程度要比普通的晶閘管好,能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)斷(具體請(qǐng)自行參閱相關(guān)文獻(xiàn))。
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答:mosfet可直接用于并聯(lián),igbt不方便。因?yàn)閙osfet是負(fù)溫度系數(shù),各個(gè)并聯(lián)管之間可以平衡:T上升,Rds上升-》I減小。而igbt是正溫度系數(shù)不行,同理,雙極型三極管也不可以簡(jiǎn)單并聯(lián)。如果要并聯(lián),必須串聯(lián)在e極一個(gè)小電阻,但這就降低了效率,不太實(shí)用。
另外igbt還有l(wèi)atch的問(wèn)題,詳情參考相關(guān)文獻(xiàn)。
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答:方案一,用SiC代替快回復(fù)二極管。經(jīng)過(guò)計(jì)算得出,不少情況下,雖然SiC二極管比較貴,但從整體而言產(chǎn)品性價(jià)比更高,原因:開(kāi)關(guān)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(shí)候ds雙向?qū)ǖ奶攸c(diǎn)(純看上去一電阻),減小損耗,尤其在低電壓驅(qū)動(dòng)電路中,此結(jié)構(gòu)可大大減少電路通態(tài)損耗。
方案三,讓管子工作在discontinueous的狀態(tài)。
方案四,讓管子工作在continueous狀態(tài),但是減小電感,增加電流的ripple,使其最小值低于0——resonant pole,缺點(diǎn)是mosfet通態(tài)損耗變大。
以上答案均為個(gè)人總結(jié),如有差錯(cuò),還請(qǐng)包涵。
感想:此考試的專業(yè)并不是半導(dǎo)體制造工藝,而是很general的基礎(chǔ)課程。50%的電子方向?qū)W生都必須通過(guò)這門(mén)考試。我觀察了國(guó)內(nèi)論壇挺久,發(fā)現(xiàn)大多討論話題都是比較偏向?qū)嶋H應(yīng)用的??墒俏腋杏X(jué),如果沒(méi)有對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)有著真正本質(zhì)的了解而只是浮在表面,作出來(lái)的系統(tǒng)很難工作在一個(gè)optimal的狀況下。譬如選電感的時(shí)候,ripple factor多大對(duì)于系統(tǒng)最優(yōu)?電解采用哪種產(chǎn)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(shí),這些是很底層的東西,但是如果我們工程師不去掌握它,設(shè)計(jì)層面停留在“大約”的階段,產(chǎn)品是很難和國(guó)外的相比的。



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