docPrzyrządy półprzewodnikowe – część 5
download 
Reklamacja Transkrypt
Przyrządy półprzewodnikowe – część 5
Przyrządy półprzewodnikowe – część 5 Prof. Zbigniew Lisik Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych pokój: 116 e-mail: [email protected] wykład 30 godz. laboratorium 30 godz WEEIiA E&T Przyrządy Mocy Przyrządy mocy - przegląd Podstawowe cechy : ● główne zastosowania – klucze w obwodach DC i AC ● duże wymiary ● wymagaja chłodzenia ● duża jednostkowa cena Część 5 Przyrządy Mocy Przyrządy mocy - przegląd Podstawowe wymagania : ● duży prąd przewodzenia : typowo 40 - 1000 A, max. 6 kA ● duże napięcie blokowania : typowo 300V - 2kV, max. 10 kV ● duża częstotliwość przełączania : dla bipolarnych > 10 kHz dla unipolarnych > 100kHz ● małe straty mocy (UonIon) w stanie przewodzenia ● proste sterowanie Część 5 Przyrządy Mocy Przyrządy mocy - przegląd Bipolar Bipolar Transistors BiMOS Unipolar Isolated Gate Bipolar Tranzystors (IGBT) MOSFET Transistors Static Induction Thyristor (SITh) JFET Transistors Diodes Thyristors GTO Część 5 Przyrządy Mocy - Tyrystor Zasada budowy Jest to przyrząd 3-złączowy pochodzący od znanego układu dwutranzystorowego, tzw. łącznika TT: ● struktura n-p-n-p ● cztery warstwy ● trzy złacza A A IA p T2 n ● three electrodes: A – anoda K – katoda G – bramka G p n K G T1 IG I K = I A + IG K Część 5 Przyrządy Mocy - Tyrystor Zasada działania ● polaryzacja wsteczna - UAK < 0, przyrząd może jedyne blokować napięcie, ● polaryzacja w kierunku przewodzenia - UAK > 0, przyrząd blokuje napięcie lub może być przełączony w stan przewodzenia (duży anodowy prąd IA przy małym spadku napięcia), A A p IA T2 n G p IG n K G T1 K I K = I A + IG ● przyrząd jest sterowany prądem bramki IG, który może go załączyć przy polaryzacji w kierunku przewodzenia, ● w normalnych tyrystorach wyłączenie prądem bramki nie jest możliwe (jest ono możliwe jedynie w tyrystorach GTO). Część 5 Przyrządy Mocy - Tyrystor Załączanie bramkowe ● stan blokowania: UAK= Uext > 0, IG = 0, IA = 0 ● start załączania : UAK= Uext > 0, IG= IG0 > IGmin, IC1= IC2= 0 IA = 0 ● stan przejściowy – dodatnie sprzężenie zwrotne: IA = IC1 + IC2 IB1 = IG = IG0 IB2 = IC1= 1IG0 A IC1 = IB2 T2 IC2 T1 IB1 K G UAK IG IK = IE1 IC1 = 1IG0 IC2 = 2IB2 = 12IG0 I’B1 = IC2 + IG0 I’C1 = 1I’B1 = 1 (IC2+IG0) I’B2 = I’C1 = 1 (IC2+IG0) I’’C1= …..I’’C2= IT IA = IE2 I’C2 = 2I’B2 = 12(IC2+IG0) …... Część 5 Przyrządy Mocy - Tyrystor Załączanie bramkowe ● stan blokowania: UAK= Uext > 0, IG = 0, IA = 0 ● start załączania : UAK= Uext > 0, IG= IG0 > IGmin, IC1= IC2= 0 IA = 0 ● stan przejściowy – dodatnie sprzężenie zwrotne: IA = IC1 + IC2 IB1 = IG = IG0 IB2 = IC1= 1IG0 IC1 = 1IG0 IC2 = 2IB2 = 12IG0 A IT IA = IE2 IC1 = IB2 T2 IC2 T1 IB1 K UAK G IG IK = IE1 I’C1= …..I’C2= …... ● stan przewodzenia: IG = 0 IG = 0, IA = IK UAK= UT = 1,6 ÷ 2 V Część 5 Przyrządy Mocy - Tyrystor Załączanie bramkowe IGM – amplituda prądu bramki IGM IG UD – napięcie blokowania IT – prąd przewodzenia tyrystora 0.1IGM t tG UAK tG – czas trwania impulsu prądu bramki UDM 0.9UD 0.1UD td – czas opóźnienia tr – czas narastania ton = td + tr td IT t tr IA t Część 5 Przyrządy Mocy - Tyrystor Charakterystyka bramkowa A – obszar niemożliwych przełączeń tyrystora B – obszar niepewnego wyzwalania C – obszar pewnego wyzwalania IG IFGM Pmax C IGT – prąd przełączający bramki IGT B UGT – napięcie przełączające bramki IFGM – szczytowy prąd przewodzenia bramki A UGT UFGM UG UFGM – szczytowe napięcie przewodzenia bramki Część 5 Przyrządy Mocy - Tyrystor Wyłączanie wymuszone ● obwód wyłączania wymuszonego R E td IT Th t E UT td – czas dysponowany – określony przez obwód zewnętrzny Część 5 Przyrządy Mocy - Tyrystor Wyłączanie wymuszone ● Proces wyłączania E IT td R t E Th UT IT UT tq tq – czas wyłączania, określony przez zjawiska wewnątrz tyrystora prowadzące do odzyskania zdolności blokowania napięcia Część 5 Przyrządy Mocy – Tranzystory Sterowane Polowo Wywodzący się z idei JFET ● Static Induction Transistor SIT (unipolarny) S n+ G p+ Konstrukcja bramki zagrzebanej n- Konstrukcja SIT jest wzorowana na idei lampy elektronowej „triody” n+ D Część 5 Przyrządy Mocy – Tranzystory Sterowane Polowo Wywodzący się z idei JFET ● Static Induction Thyristor SITh (Bi-MOS) K n+ G p+ Złącze emiterowe n- Konstrukcja SITh jest wzorowana na idei lampy elektronowej „triody” p+ A Część 5 Przyrządy Mocy – Tranzystory Sterowane Polowo Wywodzący się z idei MOSFET ● Vertical MOS VMOS (unipolarny) S p n G S n Pojedyncza komórka przyrząd składa się z tysięcy takich komórek n- n+ D Identyczność komórek MOS jest uzyskiwana dzięki jednorodności procesu suchego trawienia Część 5 Przyrządy Mocy – Tranzystory Sterowane Polowo Wywodzący się z idei MOSFET ● Vertical Double Diffusion VDMOS (unipolarny) G S p n S n Pojedyncza komórka przyrząd składa się z tysięcy takich komórek n- n+ D Identyczność komórek MOS jest uzyskiwana dzięki jednorodności procesu podwójnej dyfuzji (jedna maska dla wysp n i p) Część 5 Przyrządy Mocy – Tranzystory Sterowane Polowo Wywodzący się z idei MOSFET ● CoolMOS (unipolarny) Pojedyncza komórka przyrząd składa się z tysięcy takich komórek Identyczność komórek jest uzyskiwana m.in. dzięki jednorodności procesu podwójnej dyfuzji (jedna maska dla wysp n i p) Część 5 Przyrządy Mocy – Tyrystory Sterowane Polowo Wywodząca się z idei tranzystora bipolarnego ● Integrated Gate Bipolal Transistor IGBT (Bi-MOS) G n Wyjściowa struktura MOS G S n D p+ G S nn+ D Część 5 Przyrządy Mocy – Tyrystory Sterowane Polowo Descended from bipolar transistor idea ● Integrated Gate Bipolal Transistor IGBT (Bi-MOS) G n n p+ Zmodyfikowana struktura MOS G E struktura IGBT E G n- C p+ C Część 5 Przyrządy Mocy - IPM IPM – Inteligemt Power Module Część 5
