Esta nota de aplicación describe un BiMOSFET desarrollado para aplicaciones de alta tensión y alta frecuencia. También analiza su rendimiento eléctrico de CC y sus aplicaciones de conmutación.
descripción general
Con el IXBH40N160, IXYS ha desarrollado un IGBT de base muy rápido y homogéneo con la introducción del colector corto. Esta modificación hizo que el dispositivo se comportara como un MOSFET de muy bajo RDS(on), por lo que IXYS acuñó el acrónimo BiMOSFET para distinguir esta nueva clase de interruptores. El RDS nominal de 1600 V (encendido) es inferior al 10 % del MOSFET nominal de voltaje equivalente, pero el tiempo de conmutación es inferior a 200 ns. Como resultado, reemplazan a los IGBT y MOSFET convencionales en aplicaciones de alto voltaje utilizando tecnología de conmutación y operando a frecuencias de 10 kHz a 75 kHz y superiores.
prólogo
Hay muchas aplicaciones para los MOSFET de alto voltaje en la actualidad que también se beneficiarían de mejores piezas. Los ejemplos incluyen circuitos de barrido, moduladores de pulso de radar, circuitos de descarga de condensadores y fuentes de alimentación de modo de conmutación de alto voltaje. Los MOSFET están conectados en una cadena en serie-paralelo para superar las limitaciones de voltaje y alto RDS (encendido). Los IGBT convencionales de alto voltaje son demasiado lentos. IXYS ha desarrollado un nuevo IGBT de base homogénea de 40 A y 1600 V para satisfacer esta necesidad de interruptores de alta tensión y alta velocidad.
La estructura tradicional de MOSFET e IGBT, comúnmente llamada DMOS (Silice de óxido de metal de doble difusión), consta de una capa gruesa de silicio epitaxial que crece sobre un sustrato de silicio grande y de baja resistencia. Sin embargo, a voltajes superiores a 1200 V, el espesor de la capa de silicio N requerida para soportar estos voltajes de bloqueo hace que sea atractivo construir IGBT de base homogénea. Una sección transversal de este tipo de estructura se muestra en la Figura 1.
rendimiento de conmutación
El BiMOSFET IXBH40N160 es de conmutación muy rápida para una parte nominal de 1600 V. El tiempo total de activación de la resistencia con una resistencia de compuerta de 5 Ω suele ser de 245 ns. La Figura 2 muestra un componente que apaga una carga inductiva de 20 A a una pinza de 1000 V a una temperatura alta de 125 ⁰C. Debido a la corriente de cola relativamente baja, E(apagado) es de 2,4 mJ, menos del 50 % de los IGBT comparables. La figura 3 traza la energía de apagado en función de la resistencia de la puerta en serie RG. Esta resistencia determina principalmente la tasa de aumento del voltaje del colector. Aumenta a medida que RG disminuye y E(off) disminuye en consecuencia.
Una desventaja de los BiMOSFET hoy en día es que no están completamente libres de pestillos a altas temperaturas. A TJ = 125 ⁰C, el dV/dt máximo debe mantenerse por debajo de 10 V/ns, ya sea mediante la selección de RG o mediante un amortiguador simple. La resistencia RG mínima recomendada es de 47 Ω para desactivar de forma segura las corrientes máximas superiores a 40 A sin un amortiguador. Sin embargo, el IXBH40N160 es solo el primer miembro de la familia BiMOSFET y se espera que un mayor desarrollo lo haga tan robusto como un IGBT con clasificación de cortocircuito.