Diotec vstupuje na trh IGBT

Diotec: Viac ako len diódy - expanzia na trh IGBT

Diotec už nie sú iba diódy, ale aj MOSFET, IGBT a SiC tranzistory. Čo sa týka novinky – IGBT tranzistorov v portfóliu –, aktuálne výrobca ponúka IGBT v puzdre TO-247-3 a TO-247-4, umožňujúce spínanie do 75 A pri 650 V a do 40 A pri 1350 V pri teplote čipu 100 °C. Uvedenie na trh IGBT s 115 A/650 V a 100 A/1200 V plánuje počas roka 2025.

Štruktúra IGBT bunky 

Obrázok 1 nižšie ukazuje príklad prierezu jednej IGBT bunky s vertikálnym hradlom (trench gate) a vrstvou, ktorá zvyšuje strmosť poklesu elektrického poľa vo vnútri čipu (field-stop vrstva). Bunka je široká typicky 2 až 10 μm. Kremíkový IGBT čip integruje niekoľko miliónov buniek, čo mu umožňuje spínať prúdy rádovo v stovkách ampérov. Typická hrúbka IGBT čipu na spínanie napätia 650 V je v rozsahu 65 – 75 μm.

Malé n– znamená slabo dopovaný polovodič typu n, n – normálne dopovaný a n+ silne dopovaný. Rovnaká konvencia platí aj pre polovodiče typu p.

IGBT na obrázku 1 umožňuje jednoduché pridanie antiparalelnej diódy. Spodná oblasť p+ je rozdelená na po sebe idúce oblasti p+ a n+ pripojené ku kolektoru. Vznikne tak dióda so štruktúrou p+, p–, n–, n, n+.

Náhradná schéma IGBT

Rd predstavuje odpor driftovej oblasti n– a Rb predstavuje súčet odporov p– a p+ oblastí.

Princíp činnosti je jednoduchý: kladné napätie medzi hradlom G a emitorom E zopne MOSFET Q1, ktorý zapne PNP tranzistor Q2. IGBT obsahuje aj parazitný NPN tranzistor Q3.

Teoreticky by veľmi vysoký emitorový prúd mohol spôsobiť dostatočný pokles napätia na Rb na zopnutie parazitného NPN tranzistora Q3. Ak by sa tak stalo, PNP tranzistor Q2 by ostal zopnutý (latch-up), nedala by sa prerušiť jeho činnosť vypnutím MOSFET Q1 a IGBT by sa mohol zničiť prehriatím. V moderných IGBT však tomu bráni optimalizácia úrovní dopovania a geometrie rôznych oblastí.

3- vs. 4-vývodové puzdro

IGBT čip je pripojený k puzdru pomocou prepojovacích vodičov (bond wires), ktoré ako každý vodič majú odpor a indukčnosť. Vývody puzdra pridávajú do elektrického obvodu ďalší odpor a indukčnosť. Počas zapínania a vypínania IGBT dochádza k rýchlym a veľkým zmenám prúdu, ktoré na indukčnosti vytvárajú napätie Ve = L*di/dt a ovplyvňujú tak budiace napätie Vge. Počas zapínania IGBT je Vge = Vg – Ve, čo spomaľuje zapínanie a zvyšuje spínacie straty. Podobne pri vypínaní je Vge = Vg + Ve, čo spomaľuje vypínanie IGBT a zvyšuje spínacie straty.

4-vývodové puzdro TO-247-4L pridáva pre emitor dodatočný prepojovací vodič a vývod. IGBT budič je potom zapojený medzi hradlo G a tento vývod. Prúd budiča je oveľa menší ako prúd, ktorý IGBT spína, preto indukčnosť pridaných vodičov ovplyvňuje Vge v oveľa menšej miere.

IGBT spoločnosti Diotec

Všetky v súčasnosti vyrábané IGBT Diotec používajú trench gate field-stop štruktúru a obsahujú antiparalelnú diódu.

IGBT sú dostupné v troch rýchlostných kategóriách, ktoré majú typové označenie písmenom S, M alebo F.

• S – do 20 kHz (rezonančné spínanie)
• M – do 50 kHz (stredne rýchle spínanie)
• F – do 100 kHz (rýchle spínanie)

Aktuálna ponuka Diotec obsahuje 7 IGBT. Diotec čoskoro uvedie na trh ďalších 17 IGBT (pdf) a v blízkej budúcnosti pridá IGBT v SMD puzdrách.

Aplikácie

• indukčný ohrev – pre varné dosky a priemyselné aplikácie (S)
• meniče na pohon motorov – pre elektrické vozidlá, spotrebiče (F)
• solárne invertory (M)
• neprerušiteľný zdroj napájania (UPS) (M)
• vykurovanie pomocou vykurovacích telies s kladným teplotným koeficientom (PTC) (M)
• korekcia účinníka (PFC) (F)
• zváracie stroje (F, M)

Široké portfólio diód a tranzistorov od výrobcu Diotec nájdete v našom sortimente na sklade. Ďalšie typy vám radi zabezpečíme za výhodných podmienok priamo od výrobcu na objednávku.