¿Qué es IGBT? ¿Qué hace?

IGBT es la palabra inglesa Insulated Gate Bipolar Transistor, y su significado chino es Insulated Gate Bipolar Transistor.

Funcionalmente hablando, IGBT es un interruptor de circuito. La ventaja es que está controlado por voltaje, tiene una pequeña caída de voltaje de saturación y un alto voltaje soportado. Se utiliza para electricidad potente con voltajes de decenas a cientos de voltios y corrientes de decenas a cientos de amperios. Y IGBT no utiliza botones mecánicos, está controlado por una computadora.

Entonces, con un interruptor como IGBT, puedes diseñar un tipo de circuito que controla el IGBT a través de una computadora para convertir la corriente alterna en el lado de la fuente de alimentación en una corriente continua de un voltaje determinado, o convertir todos tipos de electricidad en todo tipo de electricidad. Para la carga se utiliza corriente alterna con la frecuencia requerida. Este tipo de circuito se denomina colectivamente convertidor.

Los módulos IGBT tienen las características de ahorro de energía, fácil instalación y mantenimiento y disipación de calor estable. Actualmente, la mayoría de los productos modulares vendidos en el mercado son productos modulares. En términos generales, IGBT también se refiere a IGBT. módulos con los conceptos de ahorro de energía y protección del medio ambiente. Con el avance de la tecnología, estos productos serán cada vez más comunes en el mercado;

IGBT es el dispositivo central para la conversión y transmisión de energía, comúnmente conocido; como la "CPU" de dispositivos electrónicos de potencia. Como industria emergente estratégica nacional, se utiliza ampliamente en transporte ferroviario, redes inteligentes, aeroespacial, vehículos eléctricos y equipos de nueva energía.

Información ampliada;

Método

IGBT es la evolución natural del MOSFET de potencia vertical para aplicaciones de alta corriente, alto voltaje y equipos terminales rápidos. Dado que lograr un voltaje de ruptura más alto BVDSS requiere un canal de fuente-drenaje, que tiene una alta resistividad, el MOSFET de potencia tiene la característica de un alto valor de RDS (encendido) que elimina estos problemas de los MOSFET de potencia existentes.

Aunque la última generación de dispositivos MOSFET de potencia ha mejorado enormemente las características de RDS(on), a niveles altos, la pérdida de conducción de potencia sigue siendo mucho mayor que la de la tecnología IGBT. La menor caída de voltaje, la capacidad de convertir a un VCE (sat) bajo y la estructura IGBT admiten densidades de corriente más altas que un dispositivo bipolar estándar y simplifican el esquema del controlador IGBT.

Conducción

La estructura del chip de silicio IGBT es muy similar a la del MOSFET de potencia. La principal diferencia es que el IGBT añade un sustrato de P+ y una capa amortiguadora de N+ (NPT). -La tecnología IGBT sin perforación no agrega esta parte). Uno de los MOSFET controla dos dispositivos bipolares. La aplicación del sustrato crea una unión J1 entre las regiones P+ y N+ del cuerpo del tubo.

Cuando la polarización positiva de la puerta hace que la región de la base P debajo de la puerta se invierta, se forma un canal N y, al mismo tiempo, aparece un flujo de electrones y se genera una corriente exactamente de la manera un MOSFET de potencia. Si el voltaje generado por este flujo de electrones está en el rango de 0,7 V, entonces J1 estará en polarización directa, inyectando algunos agujeros en la región N y ajustando la resistividad entre el cátodo y el ánodo. De esta manera se reduce la conducción de energía. pérdida total e inicia un segundo flujo de carga. El resultado final es que aparecen temporalmente dos topologías de corriente diferentes dentro de la capa semiconductora: un flujo de electrones (corriente MOSFET);

Apagar

Cuando se aplica una polarización negativa a la puerta o el voltaje de la puerta es inferior al umbral, el canal se desactiva y no se inyectan agujeros en la región N. En cualquier caso, si la corriente del MOSFET cae rápidamente durante la fase de conmutación, la corriente del colector disminuye gradualmente. Esto se debe a que todavía quedan algunas portadoras (portadoras menores) en la capa N después de que comienza la conmutación.

Esta reducción del valor de la corriente residual (estela) depende completamente de la densidad de carga en el momento del apagado, y la densidad está relacionada con varios factores, como el número y la topología de los dopantes, el espesor de la capa y la temperatura. . La atenuación de los portadores minoritarios hace que la corriente del colector tenga una forma de onda de estela característica. La corriente del colector causa los siguientes problemas: aumento del consumo de energía, problemas de conducción cruzada, especialmente en equipos que utilizan diodos de libre circulación, el problema es más obvio.

Dado que la estela está relacionada con la recombinación de portadores minoritarios, el valor actual de la estela debería estar estrechamente relacionado con la movilidad del agujero, que está estrechamente relacionada con la temperatura del chip, IC y VCE. Por lo tanto, dependiendo de las temperaturas alcanzadas, es posible reducir los efectos indeseables de esta corriente en el diseño del dispositivo final.

Referencia: Enciclopedia Baidu-IGBT