Koncepce designu bipolárního tranzistoru s izolovaným hradlem (IGBT).

Koncepce designu bipolárního tranzistoru s izolovanou bránou (IGBT) se zaměřuje na kombinaci výhod výkonových tranzistorů MOSFET a bipolárních přechodových tranzistorů (BJT/GTR) k překonání omezení jediného zařízení ve vysoko{0}}napěťových a{1}}proudých aplikacích.

 

Základní koncepty designu

Kompozitní struktura, kombinace silných stránek
IGBT integruje vysokou vstupní impedanci, napěťově{0}}řízený provoz a rychlé spínací charakteristiky tranzistorů MOSFET s nízkým úbytkem napětí a vysokou proudovou hustotou tranzistorů BJT, čímž tvoří hybridní zařízení s „napětím-řízeným + bipolárním vedením“.

 

Modulace vedení pro snížení ztráty vedení
Injektováním menšinových nosičů (otvorů) do oblasti driftu N⁻ efekt modulace vodivosti výrazně snižuje-odpor stavu, což umožňuje IGBT udržovat nízké saturační napětí (Vce(sat)) pod vysokým napětím, mnohem lepší než MOSFETy stejného jmenovitého napětí.

 

Vertikální čtyřvrstvá-struktura (P⁺/N⁻/P/N⁺) optimalizuje odolnost napětí a proudovou kapacitu
Je použita vertikální vodivá struktura, kde tlustá, lehce dotovaná oblast driftu N⁻ nese blokování vysokého napětí a kolektor P⁺ účinně injektuje otvory, čímž vyvažuje odolnost proti vysokému napětí a vysokou proudovou přenosovou kapacitu.

 

Ovládání izolace brány MOS zjednodušuje obvod ovladače
Hradlo řídí tvorbu kanálu přes izolační vrstvu SiO2 a může být řízeno pouze hradlovým napětím, což vyžaduje minimální hnací výkon a eliminuje potřebu nepřetržitého základního proudu jako u BJT.

 

Podporuje vysokou spínací frekvenci a vysokou hustotu výkonu
Ve srovnání s tyristory nebo GTO spínají IGBT rychleji (až do rozsahu sto kHz). S technologickým pokrokem (jako jsou mikro-zákopové a polní-konstrukce sedmé{1}}generace) se hustota výkonu stále zlepšuje, takže jsou vhodné pro vysoko-frekvenční a vysoce{5}}účinné aplikace, jako jsou nová energetická vozidla, fotovoltaické měniče a průmyslové měniče frekvence.

 

Filozofie designu se odráží v technologickém vývoji
Od Punch-Through (PT) to Field{1}}Stop (FS): Optimalizace dopingu a vyrovnávacích vrstev N⁻ regionu ke snížení ztrát při přepínání a vedení.

 

Struktura Trench Gate Nahrazuje Planar Gate: Snížení velikosti jednotky a zvýšení hustoty buněk, další snížení ekvivalentních parametrů Rds(on).

 

Integrace a inteligence: Například modul IGBT sedmé-generace integruje FWD, ovladač a ochranné obvody, čímž zvyšuje spolehlivost systému.

 

Průzkum materiálů se širokým pásmem: Nové materiály jako SiC a GaN aplikované na další -generaci IGBT mají za cíl dosáhnout spínací frekvence na úrovni MHz- a nižších ztrát.