Đường dây nóng dịch vụ
Hình 1. Mối quan hệ giữa điện áp quá mức tắt IGBT và điện trở cổng [1]Khi điện trở cổng tắt của IGBT tăng lên thì điện áp tăng đột biến sẽ tăng lên phải không? Đây là loại ma gì vậy? Nó có khác với những gì chúng ta nghĩ không?Hãy xem xét mối quan hệ giữa điện trở ngắt và tổn thất ngắt của IGBT. Có thể thấy từ Hình 2 rằng điện trở ngắt của IGBT ít ảnh hưởng đến tổn thất ngắt.
Từ hai hình ảnh trên, có vẻ như việc tác động đến đặc tính ngắt của IGBT thông qua điện trở cổng là không lý tưởng. Tuy nhiên, nếu đúng như vậy, liệu có giải pháp nào không? Nhất định phải có biện pháp nào đó, trước bán một đứa con trai bị cầm tù, sau đó chúng ta sẽ nói chuyện sau!Hôm nay, chúng ta hãy cùng tìm hiểu sơ lược về quá trình tắt máy của IGBT và phân tích nguyên nhân gây ra hiện tượng trên từ gốc rễ.Để hiểu rõ hơn về quá trình đóng ngắt của IGBT, chúng ta cần xem xét sơ lược nguyên lý hoạt động của nó. Như đã đề cập trước đó, IGBT là một thiết bị nguồn bao gồm MOS và BJT. Hình 1 cho thấy cấu trúc bên trong và mạch tương đương của NPT IGBT. Chúng ta đều biết rằng IGBT là một linh kiện lưỡng cực, nghĩa là cả electron và lỗ trống đều tham gia vào quá trình dẫn điện. Giả sử dòng điện tử chạy qua MOS là in và dòng điện lỗ trống chạy qua transistor pnp là Ip, thì dòng điện cực góp IC chạy qua IGBT là in+IP.
Theo nguyên lý làm việc của bóng bán dẫn, mối quan hệ sau đây tồn tại giữa dòng điện Ip của bộ thu và dòng điện cơ sở trong bóng bán dẫn PNP:
βpnp là hệ số khuếch đại dòng phát chung của bóng bán dẫn và αpnp là hệ số khuếch đại dòng cơ sở chung của bóng bán dẫn. Cần lưu ý rằng bóng bán dẫn PNP ở phía cực thu của IGBT chỉ tương đương với bóng bán dẫn PNP về mặt cấu trúc, khác xa với bóng bán dẫn thực sự được sử dụng để khuếch đại dòng điện về hiệu suất [3]. Transistor thực sự có thể khuếch đại dòng điện, tức là Ip>>In, trong khi đối với IGBT, dòng điện electron In về cơ bản bằng dòng điện lỗ trống Ip.Sau khi nói về bóng bán dẫn, hãy nói về MOS. Chúng ta đều biết rằng MOS là một thiết bị điều khiển bằng điện áp. Dòng điện trong kênh của MOS có mối quan hệ sau với điện áp cổng trong quá trình chuyển mạch:
Trong công thức này, Kp là hệ số liên quan đến cấu trúc thiết bị và đặc tính sóng mang, còn Vge,th là điện áp ngưỡng.Đến thời điểm này, có lẽ mọi người đã hiểu rõ rằng thứ chúng ta điều khiển điện áp cổng của IGBT thực chất là MOS bên trong, chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi dòng điện tử In, trong khi dòng điện lỗ trống Ip không liên quan trực tiếp đến điện áp cổng Vge.Quay lại chủ đề chính, chúng ta hãy cùng xem xét quá trình đóng ngắt của IGBT. Thông thường, quá trình đóng ngắt của IGBT có thể được chia thành năm giai đoạn dựa trên các đặc điểm bên ngoài, như thể hiện trong hình sau:
图4. IGBT关断外特性Giai đoạn 1 (t0-t1): tụ điện cổng xả và điện áp cổng giảm theo hàm mũ xuống điện áp nền tảng Maitreya Vgep. Giai đoạn 2 (t1-t2): Ở giai đoạn nền tảng Maitreya, điện áp cổng về cơ bản không thay đổi và điện áp Vgep phụ thuộc vào dòng điện tải. Dòng điện cổng sạc tụ điện Maitreya và điện áp cực thu tăng nhẹ. Giai đoạn 3 (t2-t3): Ở giai đoạn điện áp cực thu tăng, điện áp cực thu Vce của IGBT nhanh chóng tăng lên điện áp bus. Đồng thời, điện áp cổng giảm từ nền tảng Maitreya Vgep xuống điện áp ngưỡng Vge,th và cổng tắt hoàn toàn. Giai đoạn 4 (t3-t4): Ở giai đoạn dòng điện cực thu giảm, điện áp cực thu của IGBT đã tăng lên điện áp bus Vdc và diode tương ứng với IGBT đi vào giai đoạn dẫn thuận và dòng điện tải nhanh chóng được truyền từ IGBT sang diode. Dòng điện của Ic giảm nhanh xuống dòng điện kéo theo, và điện áp cực thu có một điện áp quá mức nhất định do sự tồn tại của độ tự cảm tản. Giai đoạn 5 (t4-t5): Quá trình dòng điện kéo theo, tốc độ giảm dòng điện trong giai đoạn này chủ yếu được xác định bởi tuổi thọ của hạt tải điện của thiết bị. Một số người có thể hỏi tại sao cực cổng bị tắt khi dòng điện bắt đầu giảm. Nhiều bài báo cho thấy khi dòng điện cực thu của IGBT giảm xuống 0, cực cổng sẽ tắt. Những con số này không có vấn đề gì trong việc hiểu đơn giản về đặc tính chuyển mạch của IGBT. Nói một cách chính xác, có một số vấn đề, nhưng chúng ta đừng quá rối rắm. Trên thực tế, chúng ta khó có thể kiểm tra khi nào cực cổng của IGBT bị tắt, bởi vì sau cùng chúng ta không nghiên cứu về chất bán dẫn và chúng ta không biết nhiều thông số! Sau đây mô tả quá trình tắt của IGBT từ cấp độ cơ chế bên trong: Đầu tiên, hãy xem xét sự phân bố của các hạt tải điện bên trong trước khi IGBT bị tắt. Hình 5 tương ứng với sự phân bố của các hạt tải điện bên trong IGBT trước thời điểm t0 trong hình. 4, tức là ở trạng thái bật. Ở đây, chúng tôi chủ yếu thảo luận về sự phân bố hạt tải điện trong vùng bazơ N, bởi vì đặc tính chuyển mạch của IGBT chủ yếu bị ảnh hưởng bởi các hạt tải điện trong vùng bazơ N. Ở trạng thái bật, vùng bazơ N chứa đầy electron và lỗ trống, vì vậy vùng này cũng có thể được gọi là Vùng Lưu trữ Hạt tải điện (CSR) hoặc Plasma. Trong quá trình bật, dòng điện electron và dòng điện lỗ trống trong vùng bazơ của IGBT xấp xỉ 3: 1, chủ yếu là do độ linh động của electron gấp ba lần độ linh động của lỗ trống trong cùng điều kiện [4].
Khi điện áp phân cực bằng không hoặc âm được áp vào cực cổng của IGBT, thiết bị sẽ chuyển sang quá trình tắt. Đầu tiên, khi điện áp cổng giảm, dòng điện tử được đưa từ vùng nguồn N+ vào vùng gốc N- thông qua kênh MOS giảm dần, trong khi dòng điện cực thu bên ngoài vẫn không đổi dưới tác động của độ tự cảm tải, do đó dòng điện tử và dòng điện lỗ trống bên trong mô-đun IGBT sẽ lệch khỏi trạng thái cân bằng ban đầu của chúng. Hình 3 mô tả sự thay đổi của các hạt mang điện trong vùng N-base của IGBT ở giai đoạn này, tương ứng với sự phân bố hạt mang điện trong t0-t3 trong hình 4, trong đó vẫn còn một số lượng lớn các cặp electron và lỗ trống tồn tại trong vùng CSR ở phía bên trái của vùng N-base. Ở phía bên phải của vùng bazơ N, có một vùng điện tích không gian (SCR), không có hạt tải điện dư và cũng có thể được gọi là lớp nghèo. Trong quá trình tắt IGBT, vùng này mang điện áp, và dòng điện tử trong vùng SCR giảm dần, trong khi dòng điện lỗ trống tăng dần.
Khi điện áp cổng của IGBT tiếp tục giảm xuống ngưỡng điện áp Vgeth, kênh dẫn MOS bên trong sẽ tắt hoàn toàn và In1 bằng 0, điều này sẽ cắt dòng điện cơ sở của bóng bán dẫn PNP. Cực phát của transistor PNP sẽ không còn đưa lỗ trống vào vùng N-base nữa. Hình 7 tương ứng với t3 của đặc tính lệch pha của IGBT. Lúc này, dòng điện tử trong vùng điện tích không gian bằng 1, và dòng điện tải được duy trì hoàn toàn bởi dòng điện lỗ trống IpXNUMX, trong khi các electron và lỗ trống trong vùng CSR vẫn tồn tại.
Khi điện áp cực thu Vce của IGBT tăng lên đến điện áp bus, dòng điện cực thu giảm nhanh chóng và tốc độ giảm của IC được xác định bởi các đặc tính của chính thiết bị, không còn được điều khiển bởi cực cổng nữa. Hình 8 tương ứng với t3-t4 trong hình. 4. Sau khi hoàn thành giai đoạn này, vẫn còn một số sóng mang còn lại trong khu vực CSR và việc loại bỏ các sóng mang còn lại chủ yếu được xác định bởi tốc độ tái hợp của chúng, xuất hiện dưới dạng dòng điện kéo dài bên ngoài.
Đến thời điểm này, bạn có thể hiểu rằng việc tốc độ giảm dòng điện của bộ thu IGBT có thể được điều khiển bởi cổng hay không phụ thuộc vào việc dòng điện electron được đưa vào bởi kênh MOS có còn đóng vai trò trong giai đoạn giảm dòng điện của IGBT hay không. Ở đây chúng ta có thể sử dụng công thức để mô tả tốc độ suy giảm tắt của IGBT:
Không khó để nhận ra từ công thức rằng In1 phải có quyền phát biểu nhất định để kiểm soát độ dốc giảm của dòng thu khi nó bị tắt. Làm thế nào chúng ta có thể tăng tỷ lệ dòng điện tử kênh MOS?
Có hai phương pháp, một là làm chậm tốc độ tắt của IGBT và phương pháp còn lại là đưa dòng điện tử vào cổng. Hiện nay, cả hai phương pháp đều có ứng dụng tốt trong điều khiển cổng IGBT. Các cách để làm chậm tốc độ tắt máy là gì? Tất nhiên, có thể tăng điện trở, nhưng độ trễ hoặc tổn thất khi tắt là rất lớn, tổn thất này không đáng; Phương pháp còn lại là áp dụng công nghệ truyền động chủ động, và thực hiện các biện pháp để làm chậm tốc độ đóng ngắt của IGBT chỉ khi dòng điện của IGBT giảm. Phương pháp này có thể đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ đóng ngắt, quá áp và tổn thất. Trình điều khiển kỹ thuật số Feishide trong nước có chức năng này nên những ai quan tâm có thể tìm hiểu về nó (ở đây không phải quảng cáo mà chỉ là trao đổi kỹ thuật thuần túy)! Vậy làm sao để đưa dòng điện vào cổng? Đây là những gì chúng ta thường gọi là công nghệ kẹp hoạt động điện áp thu.
Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này được sao chép từ "Cục tình báo bán dẫn ô tô". Bài viết này chỉ thể hiện quan điểm cá nhân của tác giả, không thể hiện quan điểm của Sacco Micro và ngành. Nó chỉ dành cho việc in lại và chia sẻ để hỗ trợ việc bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn và tác giả khi tái bản. Nếu có vi phạm vui lòng liên hệ với chúng tôi để xóa.
Điện thoại công ty: +86-0755-83044319
Fax/fax:+86-0755-83975897
Email: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Quản lý Li
QQ: 332496225 Quản lý Qiu
Địa chỉ: Phòng 809, Khu C, Tòa nhà Công nghệ Zhantao, Số 1079 Đại lộ Minzhi, Quận Mới Long Hoa, Thâm Quyến




粤公网安备44030002007346号