Koncepcja projektowa tranzystora bipolarnego z izolowaną bramką

Koncepcja projektowa tranzystora bipolarnego z izolowaną bramką (IGBT) skupia się na integracji zalet tranzystorów MOSFET mocy i bipolarnych tranzystorów złączowych (BJT/GTR), aby przezwyciężyć ograniczenia pojedynczego urządzenia w zastosowaniach wysoko-napięciowych i wysokoprądowych-.

 

Podstawowa koncepcja projektowa

Struktura złożona, uzupełnienie mocnych i słabych stron
IGBT łączy wysoką impedancję wejściową, działanie sterowane napięciem i charakterystykę szybkiego przełączania tranzystorów MOSFET z niskim spadkiem napięcia przewodzenia i charakterystyką dużej gęstości prądu tranzystorów BJT, tworząc hybrydowe urządzenie „kontroli napięcia + przewodzenia bipolarnego”.

 

Wdrażanie modulacji przewodności w celu zmniejszenia strat przewodzenia
Wstrzykując nośniki mniejszościowe (dziury) do obszaru dryfu N⁻, efekt modulacji przewodności znacznie zmniejsza-oporność stanu, umożliwiając IGBT utrzymanie niskiego napięcia nasycenia (Vce(sat)) nawet przy wysokim napięciu, co jest znacznie lepsze niż w przypadku tranzystorów MOSFET o tym samym napięciu znamionowym.

 

Pionowa czterowarstwowa struktura (P⁺/N⁻/P/N⁺) optymalizuje wytrzymałość napięciową i prądową
Wykorzystując pionową strukturę przewodzącą, gruby i lekko domieszkowany obszar dryfu N⁻ zapewnia blokowanie wysokiego napięcia, podczas gdy kolektor P⁺ skutecznie tworzy dziury, równoważąc wytrzymałość na wysokie napięcie i zdolność przenoszenia dużego prądu.

 

Kontrola izolacji bramki MOS upraszcza obwód napędowy
Bramka kontroluje tworzenie kanałów poprzez warstwę izolacyjną SiO₂ i może być napędzana samym napięciem bramki, co wymaga minimalnej mocy napędowej i eliminuje potrzebę ciągłego prądu bazowego, jak w przypadku BJT.

 

Obsługuje wysoką częstotliwość przełączania i wysoką gęstość mocy
W porównaniu do tyrystorów lub GTO, tranzystory IGBT charakteryzują się większą szybkością przełączania (do zakresu stu kHz), a wraz z postępem technologicznym (takim jak mikro-rowy i polowe-konstrukcje zatrzymujące siódmej generacji) gęstość mocy stale rośnie, dzięki czemu nadają się one do stosowania w scenariuszach o wysokiej-częstotliwości i-wysokiej wydajności, takich jak pojazdy nowej generacji, falowniki fotowoltaiczne i przemysłowe napędy o zmiennej częstotliwości.