Este artículo del documento describe el principio básico del IGBT de ánodo corto de parada de campo introducido recientemente. También se proporcionan datos e información tal como se compara con los mejores competidores.
prólogo
Este artículo del documento describe el principio básico del IGBT de ánodo corto de parada de campo introducido recientemente. También se proporcionan datos e información tal como se compara con los mejores competidores.
Con los rápidos avances en electrónica de potencia y semiconductores, cada aplicación de electrónica de potencia requiere dispositivos de conmutación de semiconductores dedicados y especializados desde una perspectiva de costo y rendimiento. Los IGBT de parada de campo (FS) reducen la caída de voltaje de saturación y las pérdidas de conmutación en comparación con los IGBT convencionales sin perforación (NPT). Además, la mejora relativamente reciente de la integración de diodos antiparalelos en la matriz IGBT utilizando tecnología de ánodo en cortocircuito (SA) hace que los IGBT FS sean adecuados para aplicaciones de conversión de potencia de conmutación suave.
Parada de campo Ánodo corto IGBT de trinchera frente a IGBT NPT
Los IGBT NPT (sin perforación) mejoran la velocidad de conmutación al reducir la inyección de portadores minoritarios y aumentar la tasa de recombinación durante la transición de apagado, pero su alto VCE (sat) los hace inadecuados para ciertas aplicaciones de alta potencia. El sustrato n debe estar ligeramente dopado y, en consecuencia, se requiere un sustrato más grueso para mantener el campo eléctrico en estado apagado, como se muestra en la Fig. 1 (a). – n El grosor del sustrato es el factor principal en la caída de voltaje de saturación de un IGBT.
Como se muestra en la Fig. 1(b), una capa de parada de campo dopada ‘n’ entre la capa de deriva ‘n-‘ y el colector ‘p+’ de un IGBT NPT convencional mejora significativamente el rendimiento del IGBT. Este es el concepto del IGBT de parada de campo. En los IGBT FS, el campo eléctrico disminuye rápidamente en la capa de parada de campo y disminuye gradualmente en la capa de deriva “n-“. Por lo tanto, el espesor de la capa de deriva ‘n-‘ y la caída de voltaje de saturación se pueden mejorar significativamente. La estructura de compuerta de trinchera también mejora la caída de voltaje de saturación. Además, la capa de parada de campo de FS IGBT acelera la recombinación de portadores mayoritarios durante el apagado, por lo que su corriente de cola es mucho menor que la de NPT o PT IGBT. Esto reduce las pérdidas de conmutación y reduce la energía de desconexión Eoff.
Por otro lado, ha surgido una nueva idea, el Anode Shorted IGBT (SA IGBT), en el que el diodo del cuerpo se puede incrustar en el IGBT de la misma forma que el MOSFET. La figura 2 muestra la estructura básica del concepto IGBT de ánodo corto de trinchera de parada de campo (FS T SA). El colector ‘n+’ está adyacente a la capa de parada de campo y actúa como cátodo del diodo PN. La capa colectora actúa como un colector general para FS T IGBT.
La figura 3 muestra una comparación de las características típicas de salida del nuevo dispositivo de ánodo corto (FGA20S140P), el dispositivo de la generación anterior (FGA20S120M) y el mejor competidor. 20A a corriente nominal. El FGA20S140P tiene un voltaje de saturación VCE(sat) de 1,9 V, el FGA20S120M tiene un voltaje de saturación de 1,55 V y el competidor tiene un voltaje de saturación VCE(sat) de 1,6 V cada uno. La Fig. 4 muestra los resultados de la comparación del rendimiento de la recuperación inversa. El rendimiento de recuperación inversa de los IGBT SA es ligeramente peor que el de los diodos de recuperación ultrarrápida (UFRD) empaquetados con IGBT. Afortunadamente, para aplicaciones de calentamiento por inducción (IH), un alto VCE (sat) no es un problema.
Con tecnología avanzada de ánodo corto de parada de campo optimizada para IH, la tecnología IGBT FS TSA de segunda generación reciente de Fairchild no solo tiene un voltaje de ruptura significativamente más alto, sino también un rendimiento de conmutación en comparación con su predecesor. Sin embargo, VCE (sat) es un poco alto. En la Figura 5 se muestra una comparación de las características de apagado utilizando una plantilla de prueba de conmutación suave. La energía de apagado del FS TSA IGBT es de 573uJ, en comparación con los 945uJ de la generación anterior FGA20S120M y los 651 μJ del mejor competidor. Como resultado, los dispositivos IGBT FS TSA de nueva generación tienen al menos un 12 % en esta prueba de conmutación suave en particular, que es una aplicación simulada e IH.
La tabla de la Figura 5 compara los parámetros clave de cada dispositivo.
resumen
Se ha introducido la última generación de IGBT de ánodo corto que incorpora un diodo de cuerpo intrínseco de manera similar a los MOSFET. Este dispositivo, al igual que sus predecesores, tiene una característica Eoff más baja que su mejor competidor. En resumen, este nuevo dispositivo puede hacer que los IGBT FS sean más útiles para diseñar aplicaciones de conmutación suave que no requieren diodos antiparalelos de alto rendimiento.
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