transistor bipolar អ៊ីសូល
អាន រួចផុត-ទ្វារត្រង់ស៊ីស្ទ័របាយប៉ូឡា ( IGBT ) ជាបីស្ថានីយ ឧបករណ៍ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកអំណាច បានប្រើជាចម្បងដូចជាការផ្លាស់ប្តូរអេឡិចត្រូនិដែលជាវាត្រូវបានបង្កើតឡើងហើយបានចូលមកបញ្ចូលគ្នានូវប្រសិទ្ធិភាពខ្ពស់និងការផ្លាស់ប្ដូរយ៉ាងឆាប់រហ័ស។ វាមានបួនស្រទាប់ឆ្លាស់ (PNPN) ដែល
ត្រូវបានគ្រប់គ្រងដោយរចនាសម្ព័ន្ធទ្វារដែក - អុបទិក - semiconductor (MOS) ដោយគ្មានសកម្មភាពឡើងវិញ។ ទោះបីជារចនាសម្ព័ន្ធរបស់ IGBT មានសណ្ឋានដូចគ្នាទៅនឹង thyristor ជាមួយនឹងច្រកទ្វារ MOS (thyristor ច្រក MOS) សកម្មភាព thyristor ត្រូវបានបង្ក្រាបទាំងស្រុងហើយមានតែសកម្មភាពរបស់ transistor ប៉ុណ្ណោះដែលត្រូវបានអនុញ្ញាតនៅក្នុងជួរប្រតិបត្តិការឧបករណ៍ទាំងមូល។ វាបានប្តូរថាមពលអគ្គីសនីនៅក្នុងកម្មវិធីជាច្រើនដូចជា: ឧបករណ៏ ប្រេកង់អថេរ(VFDs), រថយន្តអគ្គិសនីរថភ្លើងរថយន្ដល្បឿនលឿនអុបទ័រចង្កៀងចង្កៀងម៉ាស៊ីនត្រជាក់និងសូម្បីតែប្រព័ន្ធស្តេរ៉េអូដែលមាន ឧបករណ៍បំលែង ។
ចាប់តាំងពីវាត្រូវបានរចនាឡើងដើម្បីបើកនិងបិទបានយ៉ាងឆាប់រហ័ស, amplifiers ដែលប្រើវាជាញឹកញាប់សំយោគរលកទម្រង់ស្មុគស្មាញជាមួយ modulation ទទឹងជីពចរ និង តម្រងទាប ។ នៅក្នុងការផ្លាស់ប្តូរកម្មវិធីឧបករណ៍ទំនើបមាន អត្រាចាក់លេខដដែលៗ ចូលទៅក្នុងប្រេកង់ដែលមានប្រេកង់ ultrasonic យ៉ាងហោចណាស់ដប់ដងប្រេកង់អូឌីយ៉ូខ្ពស់បំផុតដែលត្រូវបានគ្រប់គ្រងដោយឧបករណ៍នៅពេលប្រើជា amplifier អូឌីយ៉ូឌីជីថល។
| តារាងប្រៀបធៀប IGBT | |||
|---|---|---|---|
| លក្ខណៈឧបករណ៍ | ថាមពលប៊ីលប៉ូលីន | Power MOSFET | IGBT |
| ការវាយតម្លៃវ៉ុល | ខ្ពស់ <1kV | ខ្ពស់ <1kV | ខ្លាំងណាស់> 1kV |
| ការវាយតម្លៃបច្ចុប្បន្ន | ខ្ពស់ <500 អ | ខ្ពស់> 500A | ខ្ពស់> 500A |
| បញ្ចូលថាស | សមាមាត្របច្ចុប្បន្ន hFE 20-200 | វ៉ុល V GS 3-10V | វ៉ុល V GE 4-8V |
| Impedance បញ្ចូល | ទាប | ខ្ពស់ | ខ្ពស់ |
| Impedance លទ្ធផល | ទាប | មធ្យម | ទាប |
| ការផ្លាស់ប្តូរល្បឿន | យឺត (μs) | លឿន (ns) | មធ្យម |
| តម្លៃ | ទាប | មធ្យម | ខ្ពស់ |
មាតិកា
រចនាសម្ព័ន្ធឧបករណ៍
កោសិកា IGBT ត្រូវបានបង្កើតឡើងស្រដៀងគ្នាទៅនឹង MOSFET ដែលមានថាមពលម៉ាទ្រីស N-Channel តែប៉ុណ្ណោះលើកលែងតែ n + drain ត្រូវបានជំនួសដោយស្រទាប់ប្រមូល p + ដូច្នេះបង្កើតជា transistor ប្រសព្វ bipolar bipolar PNP បញ្ឈរ ។ តំបន់ p + បន្ថែមនេះបង្កើតការតភ្ជាប់ជាបន្តបន្ទាប់នៃ transistor ប្រសព្វ bipolar PNP ជាមួយនឹង n-channel MOSFET ។
ប្រវត្តិ
IGBTs ជំនាន់ទី 1 នៃដើមទសវត្សឆ្នាំ 1980 និងដើមទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1990 មានភាពបរាជ័យដោយសារឥទ្ធិពលដូចជា latchup (ដែលឧបករណ៍នឹងមិនបិទជានិច្ចដរាបណាចរន្តកំពុងហូរ) និង ការបែងចែកជាបន្តបន្ទាប់ (ដែលមានចំណុចក្តៅក្នុងប្រព័ន្ធក្នុងឧបករណ៍ចូល កំដៅរត់ ហើយដុតឧបករណ៍ចេញនៅចរន្តខ្ពស់) ។ ឧបករណ៍ជំនាន់ទីពីរត្រូវបានកែលម្អច្រើន។ IGBTs ជំនាន់ទី 3 បច្ចុប្បន្នកាន់តែល្អប្រសើរជាងមុនដោយមានល្បឿនលឿន MOSFETs និងមានភាពរឹងមាំនិងភាពអត់ធ្មត់នៃការផ្ទុកលើសទម្ងន់។ ការផ្តល់ចំណាត់ថ្នាក់ជីពចរខ្ពស់បំផុតនៃឧបករណ៍ជំនាន់ទី 2 និងទីបីក៏ធ្វើឱ្យវាមានប្រយោជន៍សម្រាប់បង្កើតថាមពលអគ្គិសនីផងដែរនៅក្នុងតំបន់រួមទាំង រូបធាតុ និង ប្លាស្មា។, ដែលជាកន្លែងដែលពួកគេត្រូវបានចាប់ផ្តើមជំនួសឧបករណ៍ចាស់ជាងមុនដូចជា thyratrons ឆ្លុះដែលនិង បង្កឱ្យមានគម្លាតភ្លើងឆេះ ។ ការផ្តល់ចំណាត់ថ្នាក់ជីពចរខ្ពស់និងតម្លៃទាបនៅលើទីផ្សារលើសតម្រូវការក៏ធ្វើឱ្យពួកគេទាក់ទាញដល់អ្នកនិយមលេងសម្លេងដែលមានតង់ស្យុងខ្ពស់ដើម្បីគ្រប់គ្រងថាមពលយ៉ាងច្រើនដើម្បីជំរុញឧបករណ៍ដូចជា រ៉ឺសឺរស័រ និង បំពង់ក្ដៅ ។
របៀបនៃការប្រតិបត្ដិការ IGBT ត្រូវបានស្នើឡើងដោយ Yamagami ជាលើកដំបូងនៅក្នុងប៉ាតង់ជប៉ុនរបស់គាត់ S47-21739 ដែលត្រូវបានគេដាក់នៅឆ្នាំ 1968 ។ របៀបនៃការប្រតិបត្ដិការនេះត្រូវបានរាយការណ៍ជាលើកដំបូងដោយពិសោធន៍នៅក្នុងឧបករណ៍បួនជាន់ក្រោយ (SCR) ដោយ BW Scharf និង JD Plummer ក្នុងឆ្នាំ 1978 ។ [3] របៀបនៃការប្រតិបត្ដិការនេះត្រូវបានរកឃើញនៅក្នុងឧបករណ៍បញ្ឈរពិសោធន៍នៅឆ្នាំ 1979 ដោយ ខលោក Jayant Baliga ។ រចនាសម្ព័ន្ធឧបករណ៍ត្រូវបានគេសំដៅថាជា "ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក V-groove MOSFET ដែលមានតំបន់បង្ហូរជំនួសដោយតំបន់អេដស៍ប្រភេទ p" នៅក្នុងក្រដាសនេះនិងជាបន្តបន្ទាប់ជា "កែតម្រូវច្រកទ្វារធុង" (IGR) transistor ច្រកទ្វារដែលមានអ៊ីសូឡង់ (IGT) transistor ធ្វេរផលប្រសិទ្ធិភាពប្រូកស៊ី COMFET និង "
ក្រុមហ៊ុន Plummer បានដាក់ពាក្យសុំប៉ាតង់មួយសម្រាប់របៀប IGBT នៃដំណើរការនៅក្នុងឧបករណ៍បួនជាន់ (SCR) នៅឆ្នាំ 1978. USP លេខ 4199774 ត្រូវបានចេញនៅ 1980 និង B1 Re33209 ត្រូវបានបង្ហាញឡើងវិញក្នុងឆ្នាំ 1995 សម្រាប់ប្រតិបត្តិការ IGBT នៅក្នុងដំណើរការ 4 ដង។ ឧបករណ៍ស្រទាប់ (SCR) ។
របៀបនៃការប្រតិបត្ដិការ IGBT នៅក្នុងឧបករណ៍បួនជាន់ (SCR) បានប្តូរទៅប្រតិបត្ដិការ thyristor ប្រសិនបើចរន្តចរន្តអគ្គិសនីហួសពីចរន្តអគ្គីសនីដែលត្រូវបានគេហៅថា "កាន់ចរន្ត" នៅក្នុងទ្រឹស្តីដែលគេស្គាល់យ៉ាងច្បាស់។ ការអភិវឌ្ឍនៃ IGBT ត្រូវបានកំណត់ដោយការខិតខំប្រឹងប្រែងដើម្បីទប់ស្កាត់ទាំងស្រុងប្រតិបត្តិការ thyristor ឬ latch-up នៅក្នុងឧបករណ៍ចំនួនបួនដោយសារតែការបិទបាំងបានបណ្តាលឱ្យបរាជ័យឧបករណ៍ស្លាប់។ បច្ចេកវិទ្យានៃ IGBT ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅពេលដែលការទប់ស្កាត់ទាំងស្រុងនៃការចាប់យកប្រេងរបស់ thyristor parasit ត្រូវបានសម្រេចដូចដែលបានរៀបរាប់នៅខាងក្រោម។
លោក Hans W. Becke និងលោក Carl F. Wheatley បានបង្កើតឧបករណ៍ស្រដៀងគ្នានេះដែលពួកគេបានដាក់ពាក្យសុំប៉ាតង់ក្នុងឆ្នាំ 1980 ហើយដែលគេហៅថា "MOSFET ថាមពលជាមួយនឹងតំបន់អានូដ" ។ [10] ប៉ាតង់នេះត្រូវបានគេហៅថា "ប៉ាតង់ seminal នៃ transistor bipolar អ៊ីសូឡង់កាំរស្មី" ។ [11] ប៉ាតង់បានអះអាងថា "គ្មានសកម្មភាព thyristor កើតឡើងនៅក្រោមលក្ខខណ្ឌប្រតិបត្តិការណាមួយរបស់ឧបករណ៍ទេ" ។ នេះមានន័យយ៉ាងខ្លាំងថាឧបករណ៍នេះបង្ហាញពីប្រតិបត្ដិការ IGBT ដែលមិនដំណើរការទៅលើជួរប្រតិបត្តិការឧបករណ៍ទាំងមូល។
A. Nakagawa et ។ al ។ បានបង្កើតគំនិតរចនាឧបករណ៍នៃ IGBTs ដែលមិនបិទបាំង - នៅឆ្នាំ 1984 ។ [12] ការបង្កើត [13] ត្រូវបានកំណត់ដោយការកំណត់រចនាឧបករណ៍តិត្ថិភាពឧបករណ៍ដែលបច្ចុប្បន្ននៅក្រោមបច្ចុប្បន្នប្រហោងឡើងដែលបង្ក thyristor ប៉ារ៉ាស៊ីតនេះ។ ប្រឌិតនេះបានដឹងពីការបង្ក្រាបពេញលេញនៃសកម្មភាព thyristor parasitic, ជាលើកដំបូង, ដោយសារតែចរន្តអគ្គិសនីអតិបរិមាត្រូវបានកំណត់ដោយចរន្តតិត្ថិភាពនិងមិនដែលហួសពីចរន្តអគ្គីសនី។ បន្ទាប់ពីការបង្កើតគំនិតរចនាឧបករណ៍របស់ IGBTs ដែលមិនដំណើរការហើយ IGBTs មានការវិវត្តយ៉ាងឆាប់រហ័សហើយការរចនានៃ IGBTs ដែលមិនមែនជារបស់ខ្ញុំបានក្លាយទៅជាស្តង់ដាជាក់ស្តែងហើយប៉ាតង់របស់ IGBTs ដែលមិនមែនជារបស់ខ្ញុំបានក្លាយជាប៉ាតង់ IGBT ជាមូលដ្ឋាន នៃឧបករណ៍ពិតប្រាកដ។
មានចំនុចសំខាន់ៗពីរទាក់ទងនឹង IGBTs ។ ទីមួយគឺជាគំនិតឧបករណ៍ដែលរកឃើញដោយ JD Plummer ក្នុងឆ្នាំ 1978 ។ ប៉ាតង់អាមេរិក 3300 ត្រូវបានចេញសម្រាប់គំនិតឧបករណ៍។ ឧបករណ៍ដែលបានស្នើឡើងដោយ JD Plummer គឺមានរចនាសម្ព័ន្ធដូចគ្នានឹង thyristor ជាមួយនឹងច្រក MOS មួយ។ JD Plummer បានរកឃើញនិងបានស្នើថាឧបករណ៍នេះអាចត្រូវបានប្រើជា transistor ទោះបីជាឧបករណ៍នេះដំណើរការជា thyristor ក្នុងកម្រិតដង់ស៊ីតេខ្ពស់ជាងមុនក៏ដោយ។ JD Plummer បានរាយការណ៍ពីការពិតនេះនៅក្នុងក្រដាសបច្ចេកទេសរបស់គាត់ថា: "ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិចដែលគ្រប់គ្រងដោយ MOS" BW Scharf និង JD Plummer, 1978 សន្និសិទអន្ដរជាតិ IEEE អន្ដរជាតិវគ្គទី 16 អេហ្វអេ 16.6 ។ [14]ឧបករណ៍ដែលត្រូវបានស្នើឡើងដោយ JD Plummer ត្រូវបានបញ្ជូនទៅជា "ឧបករណ៍របស់ Plummer" ។ ផ្ទុយទៅវិញលោក Hans W. Becke បានបង្កើតនិងស្នើឡើងនៅឆ្នាំ 1980 ឧបករណ៍ថ្មីមួយទៀតដែលសកម្មភាព thyristor ត្រូវបានលុបចោលទាំងស្រុងក្រោមលក្ខខណ្ឌប្រតិបត្តិការឧបករណ៍ណាមួយ រចនាសម្ព័ន្ធឧបករណ៍មូលដ្ឋានគឺដូចគ្នាដែលបានស្នើដោយ JD Plummer ។ ឧបករណ៍ដែលបង្កើតឡើងដោយ Hans W. Becke ត្រូវបានគេហៅថា "ឧបករណ៍របស់ Becke" និងត្រូវបានពិពណ៌នានៅក្នុង US Patent 4364073 ។ ភាពខុសគ្នារវាង "ឧបករណ៍របស់ Plummer" និង "ឧបករណ៍របស់ Becke" គឺថា "ឧបករណ៍របស់ Plummer" មានរបៀបទ្រឹស្តីរបស់ thyristor ។ នៅក្នុងជួរប្រតិបត្ដិការរបស់ខ្លួននិង "ឧបករណ៍របស់ Becke" មិនដែលមានរបៀបនៃសកម្មភាព thyristor នៅក្នុងជួរប្រតិបត្ដិការទាំងមូលរបស់ខ្លួន។ នេះគឺជាចំណុចសំខាន់ពីព្រោះសកម្មភាព thyristor គឺដូចទៅនឹងអ្វីដែលគេហៅថា "latch-up" ។ "Latch-up" គឺជាមូលហេតុចម្បងនៃការបរាជ័យនៃឧបករណ៍។ ដូច្នេះទ្រឹស្តី, "ឧបករណ៍របស់ Plummer" មិនដែលដឹងពីឧបករណ៍ដែលរឹងមាំឬរឹងមាំដែលមានកន្លែងប្រតិបត្តិការសុវត្ថិភាពដ៏ធំមួយ។ តំបន់ប្រតិបត្តិការសុវត្ថិភាពដ៏ធំអាចសម្រេចបានតែបន្ទាប់ពី "ការចាប់យកឡើង" ត្រូវបានបង្ក្រាបនិងលុបចោលទាំងស្រុងនៅក្នុងជួរប្រតិបត្តិការឧបករណ៍ទាំងមូល។ ហេតុដូច្នេះការបង្កើតឧបករណ៍នេះដោយហាន់វ៉េប៊ីឃីពិតជាមានសារៈសំខាន់ណាស់។ ហើយនេះគឺជា IGBT ពិតប្រាកដ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយប៉ាតង់របស់ Becke (US Patent 4364073) មិនបានបង្ហាញពីវិធានការណាមួយដើម្បីដឹងពីឧបករណ៍ជាក់ស្តែងនោះទេ។
នៅក្នុងដំណាក់កាលអភិវឌ្ឍន៍ដំបូងនៃ IGBT ក្រុមអ្នកស្រាវជ្រាវទាំងអស់បានព្យាយាមបង្កើននូវចរន្តអគ្គីសនីខ្លួនឯងដើម្បីទប់ស្កាត់ការដាស់តឿននៃទ្រឹស្តីបទប៉ារ៉ាស៊ីត។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយការខិតខំប្រឹងប្រែងទាំងអស់នេះបានបរាជ័យដោយសារតែ IGBT អាចមានចរន្តអគ្គិសនីដ៏ធំសម្បើម។ ការបង្ក្រាបដោយជោគជ័យនូវការចាប់ខ្លួននេះត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយដាក់កម្រិតអតិបរិមានៃចរន្តអគ្គិសនីដែល IGBT អាចធ្វើបានក្រោមចរន្តអគ្គីសនីតាមរយៈការត្រួតពិនិត្យ / កាត់បន្ថយចរន្តអាកាសនៃ MOSFET ដែលមានស្រាប់។ នេះគឺជាគំនិតរបស់ IGBT ដែលមិនមែនជាកូនសោរ។ "ឧបករណ៍ Becke របស់" ត្រូវបានធ្វើឡើងអាចធ្វើទៅបានដោយ IGBT ដែលមិនបិទ។
IGBT ត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយសមត្ថភាពរបស់វាក្នុងពេលតែមួយដើម្បីគ្រប់គ្រងវ៉ុលខ្ពស់និងចរន្តអគ្គិសនី។ ផលិតផលនៃវ៉ុលនិងដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្នដែល IGBT អាចគ្រប់គ្រងបានឈានដល់ជាង 5 × 10 5 សរសេរ / សង់ទីម៉ែត្រ 2 , ដែលនៅឆ្ងាយលើសតម្លៃ 2 × 10 5 សរសេរ / សង់ទីម៉ែត្រ 2 , នៃអំណាចដែលមានស្រាប់ ឧបករណ៍ដូចជា transistor bipolar និង MOSFETs ថាមពល។ នេះគឺជាផលវិបាកនៃ តំបន់ប្រតិបត្តិការសុវត្ថិភាព ដ៏ធំ មួយនៃ IGBT ។ IGBT គឺជាឧបករណ៍ថាមពលខ្លាំងបំផុតនិងរឹងមាំបំផុតដែលធ្លាប់បានបង្កើតឡើងដូច្នេះផ្តល់ជូនអ្នកប្រើប្រាស់នូវភាពងាយស្រួលនៃឧបករណ៍និងការផ្លាស់ប្តូរទីលំនៅប្រតិកម្ម bipolar និងសូម្បីតែ GTOs ។ លក្ខណៈពិសេសដ៏ល្អឥតខ្ចោះនៃ IGBT នេះបានលេចឡើងភ្លាមៗនៅពេលដែល IGBT មិនត្រូវបានចាក់សោរត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅឆ្នាំ 1984 ដោយការដោះស្រាយបញ្ហាដែលគេហៅថា "ការចាប់ខ្លួន" ដែលជាមូលហេតុចម្បងនៃការបំផ្លាញឧបករណ៍ឬការបរាជ័យឧបករណ៍។ ពីមុនឧបករណ៍ដែលបានអភិវឌ្ឍន៍មានភាពទន់ខ្សោយខ្លាំងណាស់ហើយងាយនឹងត្រូវបំផ្លាញដោយសារតែ "ការចាប់ខ្លួន" ។
IGBT ត្រូវបានកំណត់ថាជា transistor ។ ដូច្នេះឧបករណ៍ដែលដំណើរការនៅក្នុងរបៀប IGBT និងប្តូរទៅការប្រតិបត្ដិការ thyristor ក្នុងចរន្តខ្ពស់មិនគួរហៅថា IGBT ឡើយ។ ដូច្នេះប្រឌិតរបស់ Plummer, USP No. 419977, Re33209 ដែលត្រូវបានលើកឡើងខាងលើមិនមែនជា IGBT ទេ។ អ្នក thyristor ច្រកទ្វារ MOS មិនមែនជា IGBT ទេ។ សូម្បីតែ "IGT" មិនមែនជា IGBT ពិតប្រាកដនោះទេព្រោះតំបន់ប្រតិបត្ដិការសុវត្ថិភាពមានភាពតូចចង្អៀតនិងត្រូវបានកំណត់ដោយការចាប់យកនិងដោយសារតែចរន្តអគ្គិសនីអតិបរិមាដែលអាចអនុញ្ញាតិបានមិនអាចត្រូវបានបិទដោយសារតែសកម្មភាព thyristor នៃ "latch-up" ។ ការពិភាក្សាលម្អិតនឹងចាំបាច់។
បញ្ហាប៉ាតង់ក្នុងការអភិវឌ្ឍ IGBT
ក្រុមហ៊ុនផលិតអឹហ្គិជីបបានបង់ថ្លៃអាជ្ញាប័ណ្ណប៉ាតង់របស់ Becke ។ [10] ក្រុមហ៊ុន Toshiba បានធ្វើពាណិជ្ជកម្ម "IGBT ដែលមិនដំណើរការ -" នៅក្នុងឆ្នាំ 1985 ។ សាកលវិទ្យាល័យស្ទែនហ្វដបានទទូចនៅក្នុងឆ្នាំ 1991 ថាឧបករណ៍របស់ក្រុមហ៊ុន Toshiba បានរំលោភលើប៉ាតង់របស់អាមេរិក។ 33209 នៃ "ឧបករណ៍របស់ Plummer ។ " Toshiba បានឆ្លើយថា "IGBT មិនដែលបិទបាំង" មិនដែលបានឃាំងនៅក្នុងជួរប្រតិបត្ដិការឧបករណ៍ទាំងស្រុងដូច្នេះមិនបានរំលោភបំពានលើប៉ាតង់របស់អាមេរិកឡើងវិញ។ សាកលវិទ្យាល័យស្ទែនហ្វដមិនបានឆ្លើយតបបន្ទាប់ពីខែវិច្ឆិកាឆ្នាំ 1992 ។ ក្រុមហ៊ុន Toshiba បានទិញអាជ្ញាប័ណ្ណប៉ាតង់របស់ Becke ។ ក្រុមហ៊ុន Toshiba មិនបានបង់កម្រៃអាជ្ញាប័ណ្ណពី "ឧបករណ៍របស់ Plummer ទេ" ។ អ្នកផលិត IGBT ផ្សេងទៀតក៏បានបង់ថ្លៃអាជ្ញាប័ណ្ណប៉ាតង់របស់ Becke ផងដែរ។
ឧបករណ៍ជាក់ស្តែង
ឧបករណ៍អនុវត្តជាក់ស្តែងដែលមានសមត្ថភាពប្រតិបត្ដិការលើជួរបច្ចុប្បន្នត្រូវបានរាយការណ៍ជាដំបូងដោយ Baliga et al ។ ក្នុងឆ្នាំ 1982 ។ [5] ក្រដាសស្រដៀងគ្នាមួយត្រូវបានដាក់ជូនដោយលោកជូ។ Russel et al ។ ទៅ IEEE លិខិតឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិចនៅក្នុងឆ្នាំ 1982 ។ [7] កម្មវិធីសម្រាប់ឧបករណ៍នេះត្រូវបានគេចាត់ទុកថាដំបូងដោយ សហគមន៍ អេឡិចត្រូនិច ដែលត្រូវបានដាក់កម្រិតយ៉ាងខ្លាំងដោយល្បឿនប្តូរល្បឿនយឺតរបស់ខ្លួននិងការចាប់យករចនាសម្ព័ន្ធ thyristor ប៉ារ៉ាស៊ីតដែលមាននៅក្នុងឧបករណ៍។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយវាត្រូវបានបង្ហាញដោយ Baliga និងដោយ AM Goodman et al ។ នៅឆ្នាំ 1983 ថាល្បឿនប្ដូរអាចត្រូវបានលៃតម្រូវលើជួរធំទូលាយដោយប្រើអ៊ីយ៉ុងអេឡិចត្រូនិច។ [6] [16] នេះត្រូវបានអមដោយការបង្ហាញពីប្រតិបត្តិការនៃឧបករណ៍នៅសីតុណ្ហភាពកើនឡើងដោយ Baliga នៅឆ្នាំ 1985 ។[17]កិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងដែលទទួលបានជោគជ័យក្នុងការគាបសង្កត់ប្រហោងឡើងនៃ thyristor ប៉ារ៉ាស៊ីតនិងការធ្វើមាត្រដ្ឋាននៃចំណាត់ថ្នាក់តង់ស្យុងនៃឧបករណ៍នៅក្រុមហ៊ុន GE បានអនុញ្ញាតឱ្យសេចក្តីណែនាំនៃឧបករណ៍ពាណិជ្ជកម្មនៅឆ្នាំ 1983 [18] ដែលអាចត្រូវបានប្រើសម្រាប់ពូជធំទូលាយនៃកម្មវិធី។ ចរន្តអគ្គិសនីរបស់ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិច IGT D94FQ / FR4 ត្រូវបានរៀបរាប់លម្អិតដោយម៉ាវីនវី។ ស្មីតក្នុងដំណើរការនីតិវិធីនៃ PCI ខែមេសាឆ្នាំ 1984 ។ ។ [19]ម៉ាវីនវី។ ស៊្មីធបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 12 នៃកិច្ចដំណើរការនីតិវិធីដែលបិទលើខាងលើ 10 អំពែចំពោះការតស៊ូរបស់ច្រក 5kOhm និងលើសពី 5 អំពែចំពោះការតស៊ូរបស់ច្រក 1kOhm ត្រូវបានកំណត់ដោយការផ្លាស់ប្តូរតំបន់ប្រតិបត្តិការសុវត្ថិភាពទោះបី IGT D94FQ / FR4 អាចធ្វើបាន 40 អុបទិកនៃការប្រមូលបច្ចុប្បន្ន។ លោកម៉ាវីនវី។ ស្មីតក៏បានថ្លែងផងដែរថាការផ្លាស់ប្តូរកន្លែងប្រតិបត្តិការសុវត្ថិភាពត្រូវបានកំណត់ដោយការចាប់យករបស់ thyristor parasitic ។
ការបង្ក្រាបពេញលេញនៃសកម្មភាព thyristor parasitic និងប្រតិបត្ដិការអុកស៊ីត IGBT លទ្ធផលដែលមិនដំណើរការសម្រាប់ជួរប្រតិបត្តិការឧបករណ៍ទាំងមូលត្រូវបានសម្រេចដោយ A. Nakagawa et al ។ ក្នុងឆ្នាំ 1984 ។ [20] គំនិតរចនាមិនមែន - latch ឡើងត្រូវបានដាក់សម្រាប់ប៉ាតង់នៅសហរដ្ឋអាមេរិក។ [21] ដើម្បីសាកល្បងកង្វះនៃការបញ្ជូលឡើងនោះគំរូ 1200V IGBTs ត្រូវបានតភ្ជាប់ដោយផ្ទាល់ដោយគ្មានបន្ទុកណាមួយនៅចន្លោះប្រភពតង់ស្យុង 600 វ៉ុលនិងត្រូវបានបើកសម្រាប់ 25 មេកាបៃ។ 600V ទាំងមូលត្រូវបានទម្លាក់នៅលើឧបករណ៍ហើយចរន្តអ័ក្សខ្លីមួយបានហូរចូល។ ឧបករណ៍នេះទទួលបានជោគជ័យដោយបានទប់ទល់នឹងស្ថានភាពដ៏ធ្ងន់ធ្ងរនេះ។ នេះគឺជាបាតុកម្មលើកដំបូងដែលគេហៅថា "សមត្ថភាពទ្រទ្រង់ខ្លី" នៅក្នុង IGBTs ។ ប្រតិបត្ដិការ IGBT ដែលមិនបើកចំហត្រូវបានធានាជាលើកដំបូងសម្រាប់ជួរប្រតិបត្តិការឧបករណ៍ទាំងមូល។ [15]ក្នុងន័យនេះ IGBT ដែលមិនមានការចាប់អារម្មណ៍បានស្នើឡើងដោយលោក Hans W. Becke និង Carl F. Wheatley ត្រូវបានដឹងដោយ A. Nakagawa et al ។ ក្នុងឆ្នាំ 1984. ផលិតផលរបស់ IGBT ដែលមិនមានការចាប់អារម្មណ៍ត្រូវបានធ្វើពាណិជ្ជកម្មដំបូងដោយ Toshiba ក្នុងឆ្នាំ 1985 ។ នេះគឺជាកំណើតពិតនៃ IGBT បច្ចុប្បន្ន។
នៅពេលដែលសមត្ថភាពដែលមិនអាចគ្រប់គ្រងបានត្រូវបានសម្រេចក្នុង IGBTs វាត្រូវបានគេរកឃើញថា IGBTs បានបង្ហាញយ៉ាងរឹងមាំនិង តំបន់ប្រតិបត្តិការសុវត្ថិភាព ដ៏ធំ មួយ ។ វាត្រូវបានគេបង្ហាញថាផលិតផលនៃដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្នប្រតិបត្តិការនិងវ៉ុលប្រមូលបានលើសពីដែនកំណត់ទ្រឹស្តីបទនៃប្រូតេអ៊ីន bipolar 2 × 10 5 W / សង់ទីម៉ែត្រ 2 និង 5 x 10 5 W / សង់ទីម៉ែត្រ 2 ។ [
សម្ភារៈអ៊ីសូឡង់ត្រូវបានបង្កើតឡើងជាធម្មតាពីប៉ូលីម័ររឹងដែលមានបញ្ហាជាមួយនឹងការរិចរិល។ មានការអភិវឌ្ឍដែលប្រើ ហ្សែនអ៊ីយ៉ុង ដើម្បីកែលម្អផលិតកម្មនិងបន្ថយតំរូវការវ៉ុល។
កម្មវិធីនិងគុណសម្បត្តិ
IGBT រួមបញ្ចូលគ្នានូវលក្ខណៈច្រកទ្វារសាមញ្ញរបស់ MOSFETs ជាមួយនឹងសមត្ថភាពខ្ពស់និងតិត្ថិភាព - តង់ស្យុងតង់ស្យុងនៃ transistor bipolar ។ IGBT រួមបញ្ចូលគ្នានូវ FET ច្រកដាច់ស្រយាលមួយ សម្រាប់ការបញ្ចូលវត្ថុបញ្ជានិង ត្រង់ស៊ីស្ទ័រ អំណាចពហុគុណ ដូចជាការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុងឧបករណ៍តែមួយ។ IGBT ត្រូវបានប្រើនៅក្នុងការប្រើប្រាស់ថាមពលមធ្យមទៅកាន់ថាមពលខ្ពស់ដូចជា ការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលរបៀបប្តូររបៀប , ការ ត្រួតពិនិត្យ ចលនាម៉ូតូ និង កម្តៅ ។ ម៉ូឌុល IGBT ធំជាធម្មតាមានឧបករណ៍ជាច្រើននៅក្នុងប៉ារ៉ាឡែលនិងអាចមានសមត្ថភាពដោះស្រាយបច្ចុប្បន្នខ្ពស់ខ្លាំងណាស់នៅក្នុងលំដាប់នៃ amperes រាប់រយ ជាមួយនឹងការទប់ស្កាត់នៃ voltages នៃ 6500 V។ IGBTs ទាំងនេះអាចគ្រប់គ្រងបានរាប់រយ គីឡូវ៉ាត់ ។
ការប្រៀបធៀបជាមួយថាមពល MOSFETs
IGBT មានលក្ខណៈរលកថយចុះយ៉ាងខ្លាំងធៀបទៅនឹង MOSFET ធម្មតាក្នុងឧបករណ៍តង់ស្យុងដែលរឹតបណ្តឹងខ្ពស់បើទោះបីជា MOSFETS បង្ហាញអាំងតង់ស៊ីតេទាបជាងមុនទៅនឹងដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្នដោយសារតែអវត្ដមាននៃឌីអេហ្វហ្វិចនៅក្នុងទិន្នផល IGT របស់ BJT ។ ដោយសារតែការតម្លើងតង់ស្យុងទប់ស្កាត់ទាំងឧបករណ៍ MOSFET និង IGBT កើនឡើងជម្រៅនៃតំបន់អ័ក្សអិនឌីភីត្រូវតែបង្កើនហើយដូប៉េត្រូវតែកាត់បន្ថយដែលបណ្តាលឱ្យទំនាក់ទំនងប្រហាក់ប្រហែលចុះក្រោមទៅនឹងចរន្តឆ្ពោះទៅមុខនិងទប់ស្កាត់សមត្ថភាពវ៉ុល។ តាមរយៈការចាក់បញ្ចូលជនជាតិភាគតិច (រន្ធ) ពីតំបន់ p + ទៅក្នុងតំបន់អ័ក្ស drift ក្នុងអំឡុងពេលចរន្តឆ្ពោះទៅមុខភាពធន់នៃតំបន់អ័ក្ស drift ត្រូវបានកាត់បន្ថយគួរឱ្យកត់សម្គាល់។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយការកាត់បន្ថយលទ្ថភាពនៃវ៉ុលទៅមុខរបស់វាមកជាមួយការដាក់ទណ្ឌកម្មជាច្រើន:
- ប្រសព្វ PN បន្ថែមទប់លំហូរចរន្តបញ្ច្រាស។ នេះមានន័យថាមិនដូច MOSFET ទេ IGBTs មិនអាចអនុវត្តតាមទិសបញ្ច្រាសបានទេ។ នៅក្នុងសៀគ្វីស្ពានដែលត្រូវការលំហូរចរន្តបញ្ច្រាស ឌីអេកផូសបន្ថែម ត្រូវបានគេដាក់ស្របគ្នា ( ប្រឆាំងនឹងប៉ារ៉ាឡែល ) ជាមួយ IGBT ដើម្បីដំណើរការចរន្តផ្ទុយគ្នា។ ការពិន័យមិនធ្ងន់ធ្ងរខ្លាំងដោយសារតែនៅកម្រិតខ្ពស់ដែលការប្រើ IGBT គ្រប់គ្រងលើដ្យូធូសដាច់ដោយឡែកមានដំណើរការខ្ពស់ជាងអវកាសឌីអេសអេហ្វ។
- ការវាយតម្លៃលំអៀងបញ្ច្រាសនៃតំបន់ N-drift ដល់ឌីអេសភីប្រមូលផ្ដុំជាទូទៅតែ 10 វ៉ុលដូច្នេះប្រសិនបើប្រើសៀគ្វីអនុវត្តវ៉ុលបញ្ច្រាសទៅ IGBT ឌីអេសឌីស៊េរីបន្ថែមត្រូវតែប្រើ។
- អ្នកដឹកជញ្ជូនជនជាតិភាគតិចត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុងតំបន់ដែល N-drift យកពេលវេលាដើម្បីចូលនិងចេញឬ recombine នៅ turn-on និង turn-off ។ លទ្ធផលនេះមានរយៈពេលផ្លាស់ប្តូរច្រើនជាងមុនហើយដូច្នេះការបាត់បង់ប្តូរខ្ពស់ជាងបើប្រៀបធៀបទៅនឹងថាមពល MOSFET ។
- ការធ្លាក់ចុះតង់ស្យុងនៅលើរដ្ឋនៅក្នុង IGBTs មានឥរិយាបថខុសគ្នាខ្លាំងពីថាមពល MOSFETS ។ ការធ្លាក់ចុះតង់ស្យុង MOSFET អាចត្រូវបានយកគំរូតាមភាពធន់ទ្រាំដោយតង់ស្យុងធ្លាក់ចុះសមាមាត្រទៅនឹងចរន្ត។ ផ្ទុយទៅវិញ IGBT មានការធ្លាក់ចុះតង់ស្យុងដូចឌីសហ្វឺត (ជាទូទៅនៃលំដាប់ 2V) កើនឡើងតែជាមួយនឹង កំណត់ហេតុ នៃចរន្ត។ លើសពីនេះទៀតភាពធន់ទ្រាំ MOSFET ជាទូទៅទាបជាងសម្រាប់ការទប់ស្កាត់ទំហំតូចជាងមុនដូច្នេះជម្រើសរវាង IGBTs និងកម្លាំង MOSFETS នឹងពឹងផ្អែកលើទាំងវ៉ុលទប់ស្កាត់និងបច្ចុប្បន្នពាក់ព័ន្ធនឹងកម្មវិធីជាក់លាក់មួយ។
ជាទូទៅប្រេកង់បញ្ចូនតង់ស្យុងខ្ពស់បច្ចុប្បន្ននិងទាបអនុគ្រោះ IGBT ខណៈពេលដែលវ៉ុលទាបប្រេកង់ទាបនិងចរន្តខ្ពស់គឺជាដែននៃ MOSFET ។
ម៉ូដែល IGBT
សៀគ្វីដែលមាន IGBTs អាចត្រូវបានបង្កើតនិង បង្ហាញតាមគំរូ សៀគ្វី ផ្សេងៗ ដែលធ្វើ កម្មវិធីកុំព្យូទ័រដូចជា SPICE , Saber និងកម្មវិធីផ្សេងៗ។ ដើម្បីក្លែងធ្វើសៀគ្វី IGBT ឧបករណ៍ (និងឧបករណ៍ផ្សេងទៀតនៅក្នុងសៀគ្វី) ត្រូវតែមានម៉ូដែលដែលព្យាករណ៍ឬក្លែងបន្លំការឆ្លើយតបរបស់ឧបករណ៍ទៅនឹងតង់ស្យុងនិងចរន្តនៅលើស្ថានីយអេឡិចត្រូនិច។ សម្រាប់ពិសោធន៏ច្បាស់លាស់ជាងនេះទៀតឥទ្ធិពលនៃសីតុណ្ហភាពនៅលើផ្នែកផ្សេងៗនៃ IGBT អាចត្រូវបានរួមបញ្ចូលជាមួយនឹងការពិសោធន៏។ វិធីសាស្រ្តទូទៅនៃការបង្កើតម៉ូដែលពីរគឺ: រូបវិទ្យាឧបករណ៍ - គំរូដែលមានមូលដ្ឋាន, សៀគ្វីដែលមានតំលៃស្មើ ឬ macromodels ។ SPICE ក្លែងធ្វើ IGBTs ដោយប្រើ macromodel រួមបញ្ចូលគ្នានូវសមាសធាតុជាច្រើនដូចជាFETs និង BJTs នៅក្នុង រចនាសម្ព័ន្ធ Darlington។ [ ត្រូវការអំណះអំណាង ] ម៉ូដែលដែលមានមូលដ្ឋានលើរូបវិទ្យាគឺគំរូរបស់ហេហ្វឺនដែលត្រូវបានណែនាំដោយលោក Allen Hefner នៃ វិទ្យាស្ថានជាតិស្តង់ដារនិងបច្ចេកវិទ្យា ។ គំរូរបស់ហេហ្វនគឺស្មុគស្មាញណាស់ដែលបានបង្ហាញលទ្ធផលល្អ។ ម៉ូដែលរបស់ហេហ្វឺនត្រូវបានគេរៀបរាប់នៅឆ្នាំ 1988 រួចក្រោយមកត្រូវបានពង្រីកទៅជាម៉ូដែលកម្ដៅអគ្គីសនីដែលរួមមានការឆ្លើយតបរបស់ IGBT ចំពោះកំដៅខាងក្នុង។ ម៉ូដែលនេះត្រូវបានបន្ថែមទៅកំណែ កម្មវិធីក្លែងធ្វើ Saber ។
EmoticonEmoticon