IGBT

IGBT - коротко о главном

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor – это биполярные транзисторы с изолированной базой), которые сочетают в себе малые токи управления (как у полевых транзисторов) и выходные характеристики биполярных. Полевые транзисторы сохраняют свои позиции в преобразовательных устройствах малой мощности, работающих на высокой частоте, запираемые тиристоры - в устройствах большой мощности .

Увеличение выпуска новых мощных полупроводниковых приборов для преобразовательной техники привело к тому, что за последнее десятилетие в оборудовании для регулируемого электропривода переменного тока практически исчезли традиционные тиристоры, биполярные и МОП-транзисторы, их место полностью заняли Insulated Gate Bipolar Transistor.

Развитие технологий IGBT

происходит по спирали. Можно отметить основные этапы, пройденные на пути совершенствования этих уникальных силовых ключей :

•    1978: запатентована структура IGBT;    
•    1986: разработана двухслойная эпитаксиальная технология PT-IGBT (планарный затвор DMOS); 
•    1988: разработана тонкопленочная технология NPT-IGBT (n- подложка, планарный затвор);
•    1996: технология PT-IGBT;
•    1999: разработана Trench FS-IGBT (Field-Stop);
•    конец 90-х: разработана технология RB-IGBT (Reverse Blocking); 
•    2000: технология SPT-IGBT; 
•    2001: разработана технология PT-CSTBT;
•    2004: технология LPT-IGBT (LPT-CSTBT) и RC-IGBT;
•    2005/2006: разработаны SPT+ IGBT (планарный затвор) и Trench 4 IGBT; 

Улучшение характеристик кристаллов IGBT Trench 4 достигнуто благодаря оптимизации основных элементов вертикальной структуры чипа: n—базы, n-Field Stop слоя, предназначенного для повышения напряжения пробоя, и эмиттера.

В результате модернизации Trench-технологии удалось реализовать основные преимущества Trench 4 по сравнению с IGBT предыдущих поколений:
•    уменьшение размера кристаллов;
•    плотность тока повышена до 125A/см²;
•    энергия выключения снижена на 30%;
•    уменьшен удельный заряд затвора;
•    предельная температура кристалла повышена до 175ºC, запас по предельному току увеличился на 20…25%;

•    более плавный характер переключения (скорость выключения dI/dt снижена примерно на 22%). 

Как и SPT+, модули новой серии Trench имеют более плавный харак-тер переключения и меньшие динамические потери. Благодаря этому, применение нового поколения модулей c чипами IGBT позволяет увеличить запас по перегрузке в динамических режимах и повысить надежность работы преобразователей, что является особенно существенным для построения преобразовательных устройств, управление которыми осуществляется с использованием скользящих режимов.

Специально для электропривода разработаны ключевые двухфазные, трехфазные мостовые или встречно-параллельные схемы, содержащие в одном корпусе транзисторы IGBT и быстродействующие диоды. Изготовленные по усовершенствованной методике "разумные" силовые модули позволяют наращивать мощность преобразовательного устройства путем их параллельного соединения без подбора по параметрам (до 3600А в настоящее время) и установки дополнительных элементов, а применяемые для управления ими гибридные интегральные схемы, которые часто размещают внутри самого модуля, обеспечивают необходимые уровни напряжений и токов базы, защиту от токовых и тепловых перегрузок.

С развитием Insulated Gate Bipolar Transistor ведущими компаниями – производителями силовых полупроводниковых приборов был освоен выпуск ключей, ориентированных на топологию силовых схем  разнообразных преобразовательных устройств. В первую очередь здесь имеются в виду:

• ключи с симметричной пробойной характеристикой (RB IGBT – Reverse Blocking IGBT),
• ключи с функцией обратной проводимости (RC IGBT – Reverse Conducting IGBT),
• комбинированные силовые модули SEMITOP с высокой плотностью энергии  со всевозможными топологиями силовой схемы, 
• стандартные IGBT модули SEMITRANS в топологии GA, GB, GM ,
• новое поколение силовых SEMIX IGBT модулей с прижимными контактами.