Firma Diotec wkracza na rynek tranzystorów IGBT

Od diod po technologię IGBT

Firma Diotec rozszerzyła standardową ofertę produktową obejmującą diody i obecnie oferuje również tranzystory MOSFET, IGBT i SiC. Najnowsza pozycja w asortymencie to tranzystory IGBT. Są one dostępne w obudowach TO-247-3 i TO-247-4 i umożliwiają przełączanie w zakresie do 75 A przy 650 V i 40 A przy 1350 V, w przypadku temperatury chipa 100°C. W roku 2025 firma planuje wprowadzić tranzystory IGBT o wydajności 115 A przy 650 V i 100 A przy 1200 V.

Struktura ogniwa IGBT

Poniższy schemat 1 przedstawia przekrój pojedynczego ogniwa IGBT, które zawiera pionową bramkę (kanał) i warstwę zatrzymującą pole, która poprawia parametry zmniejszenia pola elektrycznego wewnątrz chipa. Ogniwo ma zazwyczaj szerokość od 2 do 10 μm. Krzemowy układ IGBT zawiera miliony takich ogniw, umożliwiając przełączanie prądów rzędu setek amperów. W przypadku napięć przełączania 650 V, typowa grubość układu IGBT wynosi od 65 do 75 μm.

n– oznacza lekko domieszkowany półprzewodnik typu n, n – półprzewodnik o domieszkowaniu standardowym, a n+ to z kolei typ silnie domieszkowany. To samo dotyczy półprzewodników typu p.

Tranzystor IGBT przedstawiony na schemacie 1 umożliwia bezproblemowe dodanie diody antyrównoległej. Dolny obszar p+ jest podzielony na naprzemiennie występujące obszary p+ i n+ połączone z kolektorem, tworząc diodę o strukturze p+, p-, n-, n, n+.

Obwód równoważny IGBT

Rd oznacza rezystancję obszaru dryftu n-, podczas gdy Rb jest całkowitą rezystancją obszarów p- i p+.

Działanie obwodu jest proste: dodatnie napięcie pomiędzy bramką (G) i emiterem (E) włącza tranzystor MOSFET Q1, aktywując tranzystor PNP Q2. IGBT zawiera również tranzystor pasożytniczy NPN Q3.

Bardzo wysoka wartość prądu emitera mogłaby teoretycznie spowodować duży spadek napięcia na Rb, wyzwalając działanie tranzystora pasożytniczego NPN Q3. Jeśli tak się stanie, tranzystor PNP Q2 pozostanie włączony (zatrzaśnięcie), a wyłączenie tranzystora MOSFET Q1 nie zatrzyma jego działania, potencjalnie prowadząc do przegrzania i awarii IGBT. W nowoczesnych tranzystorach IGBT problem ten został wyeliminowany dzięki optymalizacji poziomów domieszkowania i geometrii obszarów.

Pakiet 3- lub 4-stykowy

Układ IGBT łączy się z obudową za pomocą przewodów łączących, które, jak każdy przewodnik, charakteryzują określone parametry, takie jak rezystancja oraz indukcyjność. Przewody pakietu wprowadzają również dodatkową rezystancję i indukcyjność do obwodu. Podczas przełączania, szybkie zmiany prądu generują napięcie na indukcyjności (Ve = L*di/dt), które wpływa na napięcie bramka-emiter (Vge). Podczas włączania Vge = Vg - Ve, co spowalnia proces włączania i zwiększa straty przełączania. Podobnie, podczas wyłączania, Vge = Vg + Ve, co spowalnia proces wyłączania i dodatkowo zwiększa straty.

4-pinowa obudowa TO-247-4L dodaje dodatkowy przewód łączący i przewód dla emitera, przy czym sterownik IGBT łączy się między bramką (G) a tym przewodem. Ponieważ prąd sterownika jest znacznie mniejszy niż prąd przełączany przez IGBT, dodatkowa indukcyjność przewodu ma znacznie mniejszy wpływ na Vge.

Tranzystory IGBT firmy Diotec

Obecna gama tranzystorów IGBT firmy Diotec charakteryzuje się strukturą field-stop, zawiera bramką kanałową i diody antyrównoległe.

Te tranzystory IGBT są dostępne w trzech kategoriach prędkości, oznaczonych literami S, M i F:

• S – do 20 kHz (przełączanie rezonujące, ang. reSonant)
• M – do 50 kHz (przełączanie ze średnią prędkością, ang. Medium-speed)
• F – do 100 kHz (szybkie przełączanie, ang. Fast).

Firma Diotec ma obecnie w ofercie 7 modeli tranzystorów IGBT, a w najbliższej przyszłości planuje wprowadzić do asortymentu 17 nowych tranzystorów IGBT i dodać wersje IGBT w obudowach typu SMD.

Zastosowanie 

• Ogrzewanie indukcyjne – do płyt kuchennych i zastosowań przemysłowych (S)
• Falowniki silnikowe – do pojazdów elektrycznych i urządzeń (F)
• Falowniki solarne (M)
• Zasilacze bezprzerwowe (UPS) (M)
• Ogrzewanie za pomocą grzałek o dodatnim współczynniku temperaturowym (PTC) (M)
• Korekcja współczynnika mocy (PFC) (F)
• Maszyny spawalnicze. (F, M)

Poznaj szeroką gamę diod i tranzystorów firmy Diotec, dostępnych bezpośrednio z naszego magazynu i gotowych do wykorzystania w realizowanych przez Ciebie projektach. Jeśli szukasz konkretnego rozwiązania, możemy z łatwością zamówić dodatkowe modele bezpośrednio od producenta – oczywiście na korzystnych warunkach.