Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

15.2: Внутрішні елементи IGBT

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    30848

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    IGBT є багатошаровим пристроєм. Виріз, показаний на малюнку,\(\PageIndex{1}\) використовує Nchannel, хоча можливий P-канал. Цей пристрій має багато спільних особливостей з потужністю E-MOSFET, розглянутим у розділі 12.

    clipboard_e8a84a34fb1bf40f5a0754d9b6eb1eb84.png

    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Вирізаний вид IGBT.

    Для початку зверніть увагу на маркування трьох клем: затвора, випромінювача і колектора. Ворота ізольовані так само, як і в МОП-транзисторах. При застосуванні позитивного потенціалу затвор-емітера в області тіла P буде розвиватися інверсійний шар N-типу, що дозволяє струму протікати. Середню N область розділено на дві секції, основну область N− дрейфу та буферний шар N+ (знаки +/− вказують на важке та легке легування відповідно). Показаний пристрій - це різновид перфоратора (PT). Non-punch through (NPT) опускає буферний шар. Функціональні відмінності між ними полягають у тому, що розщеплення матеріалу N для включення буферного шару покращує швидкість і знижує напругу в стані. Отже, версія PT проявляє менші втрати на комутацію і провідність.

    Верхні три шари малюнка\(\PageIndex{1}\) утворюють E-MOSFET, тоді як нижня секція (P тіло, N дрейф/буфер та підкладка P) утворюють транзистор PNP. Таким чином, ми можемо зробити спрощену модель IGBT за допомогою цих інших пристроїв, як показано на малюнку 12.2.2.

    clipboard_e632bc4511dfc576bfecc089ba81dc19d.png

    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Проста модель IGBT (зліва) порівняно з парою Сіклай (праворуч).

    Ця спрощена модель нагадує версію NPN пари Sziklai, розглянуту в главі 9. Пристрій введення було замінено на E-MOSFET. Тому ми очікуємо дуже малого струму затвора та відносно простих вимог до приводу EMOSFET з керуванням потужністю BJT.

    Криві експлуатаційного пристрою, що не дивно, також нагадують ці два компоненти. Набір колекторних кривих представлений на малюнку з\(\PageIndex{3}\) використанням репрезентативних значень напруги і струму.

    clipboard_e5446c3eac39dfbecad9703dae6136b9c.png

    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Сімейство кривих колекторів IGBT.

    Цей набір кривих виглядає як щось середнє між сімейством колекторних кривих, що розглядається в главі 4, і сімейством кривих стоку, що розглядається в главі 10, з одним невеликим поворотом: весь набір кривих зміщується позитивно від початку приблизно на один вольт. Як і у будь-якого E-MOSFET, струм каналу не починає протікати, поки не буде досягнуто порогове напруга затвора, тут іменоване як\(V_{GE(th)}\). Зростаючі значення\(V_{GE}\) викликають підвищену провідність і протікання струму. Нарешті, зауважте, що криві не починають «сплющуватися», поки не\(V_{CE}\) досягнуть декількох вольт, на відміну від напруги насичення одного BJT, який може становити лише десяті частки вольта.

    Пряма вольт-напружна характеристика крива відображає частину моделі E-MOSFET. Це показано на малюнку\(\PageIndex{4}\).

    clipboard_edc9a56b297488b5a74bf4f8086951029.png

    Малюнок\(\PageIndex{4}\): Характеристична крива IGBT та зміна температури.

    Два сліди наносяться для двох різних температур. Криві, по суті, такі ж, як характерна крива E-MOSFET, як видно у вступному розділі MOSFET, Рисунок 12.4.3 (тут поточна вісь була розширена, завдяки чому сліди здаються крутішими, щоб більш чітко показати зміну з температурою). Провідність починається при пороговому напрузі\(V_{GE(th)}\), а потім швидко піднімається, слідуючи квадратному закону траєкторії. Після досягнення достатнього рівня струму криву можна наблизити як пряму лінію.

    Особливий інтерес тут представляє те, як змінюється крива в залежності від температури. При підвищенні температури (червоний слід) нахил зменшується. Нагадуючи, що нахил вольт-амперної характеристичної кривої - це транспровідність пристрою, це означає, що транспровідність зменшується з температурою. Іншими словами, IGBT демонструє негативний температурний коефіцієнт транспровідності, як і силові електронні МОП-транзистори, і, таким чином, також менш схильні страждати від поточних ударів і теплових проблем, ніж BJT.

    На жаль, немає жодного стандартизованого схематичного символу IGBT. Два варіанти показані на рис\(\PageIndex{5}\).

    clipboard_e0e2c0a023de1e7530a1af0a257bf4586.png

    Малюнок\(\PageIndex{5}\): Схематичні символи IGBT.

    Обидва символи намагаються відобразити подвійний E-MOSFET/BJT характер пристрою. Символ зліва, здається, має більш широке використання в даний час, хоча на його основі є і третя варіація, де з'єднання воріт тягнеться до центру, а не ближче до випромінювача.