Concepte de disseny de transistor bipolar de porta aïllada

El concepte de disseny del transistor bipolar de porta aïllada (IGBT) se centra a integrar els avantatges dels MOSFET de potència i dels transistors d'unió bipolar (BJT/GTR) per superar les limitacions d'un únic dispositiu en aplicacions d'alta -tensió i alta-tensió.

 

Concepte de disseny bàsic

Estructura composta, que complementa els punts forts i febles
L'IGBT combina l'alta impedància d'entrada, el funcionament-de tensió i les característiques de commutació ràpida dels MOSFET amb la baixa caiguda de tensió de conducció i les característiques d'alta densitat de corrent dels BJT, formant un dispositiu híbrid de "control de tensió + conducció bipolar".

 

Implementació de la modulació de conductivitat per reduir la pèrdua de conducció
En injectar portadors minoritaris (forats) a la regió de deriva N⁻, l'efecte de modulació de la conductivitat redueix significativament la -resistència d'estat, permetent que l'IGBT mantingui una tensió de saturació baixa (Vce(sat)) fins i tot a alt voltatge, molt superior als MOSFET amb la mateixa tensió nominal.

 

L'estructura vertical de quatre -capes (P⁺/N⁻/P/N⁺) optimitza la resistència a la tensió i la capacitat de corrent
Utilitzant una estructura de conducció vertical, la regió de deriva N⁻ gruixuda i lleugerament dopada suporta un bloqueig d'alta tensió, mentre que el col·lector P⁺ injecta forats de manera eficient, equilibrant la resistència a l'alta tensió i la gran capacitat de transport de corrent.

 

El control d'aïllament de la porta MOS simplifica el circuit de conducció
La porta controla la formació del canal a través d'una capa d'aïllament de SiO₂ i es pot accionar només per la tensió de la porta, requerint una potència de conducció mínima i eliminant la necessitat d'un corrent base continu com un BJT.

 

Admet alta freqüència de commutació i alta densitat de potència
En comparació amb tiristors o GTO, els IGBT tenen velocitats de commutació més ràpides (fins al rang de cent kHz) i amb els avenços tecnològics (com ara les estructures de micro{-trinxera i-de camp-de setena generació), la densitat de potència continua augmentant, fent-los aptes per a escenaris d'alta {{3}{3}freqüència{4}}energètica com ara nous vehicles, inversors fotovoltaics i variadors de freqüència industrials.