Przyrządy półprzewodnikowe część 5

Transkrypt

1 Przyrządy półprzewodikowe część 5 Prof. Zbigiew Lisik Katedra Przyrządów Półprzewodikowych i Optoelektroiczych pokój: zbigiew.lisik@p.lodz.pl wykład 30 godz. laboratorium 30 godz WEEIiA E&T

2 Przyrządy Mocy Przyrządy mocy - przegląd Podstawowe cechy : główe zastosowaia klucze w obwodach DC i AC duże wymiary wymagaja chłodzeia duża jedostkowa cea

3 Przyrządy Mocy Przyrządy mocy - przegląd Podstawowe wymagaia : duży prąd przewodzeia : typowo A, max. 6 ka duże apięcie blokowaia : typowo 300V - 2kV, max. 10 kv duża częstotliwość przełączaia : dla bipolarych > 10 khz dla uipolarych > 100kHz małe straty mocy (U o I o ) w staie przewodzeia proste sterowaie

4 Przyrządy Mocy Przyrządy mocy - przegląd Bipolare Trazystory bipolare Diody Tyrystory TO BiMOS Trazystory z izolowaą bramką (IBT) Static Iductio Thyristor (SITh) Uipolare Trazystory MOSFET Trazystory JFET

5 Bipolare Przyrzady Mocy - Trazystor bipolary Trazystor wysokoapięciowy - kostrukcja Rozkład domieszkowaia U CE0 150 V: B E p + C Cecha charakterystycza:: Złącze kolektorowe wykoae jako złącze wysokoapięciowe z szeroką warstwą iskodomieszkowaą, odpowiedzialą za wartość blokowaego apięcia

6 Bipolare Przyrzady Mocy - Trazystor bipolary Trazystor wysokoapięciowy Charakterystyki wyjściowe: A B C Charakterystycze obszary:: A Obszar pełego asyceia B Obszar quasi-asyceia C Obszar aktywy

7 Bipolare Przyrzady Mocy - Trazystor bipolary Trazystor Darligtoa Idea- rozwiązaie techicze - struktura B B E

8 Bipolare Przyrządy Mocy - Tyrystor Zasada budowy Jest to przyrząd 3-złączowy pochodzący od zaego układu dwutrazystorowego, tzw. łączika TT: struktura -p--p cztery warstwy p A A I A trzy złacza T2 three electrodes: A aoda p T1 K katoda I bramka K K I K = I A + I

9 Bipolare Przyrządy Mocy - Tyrystor Zasada działaia polaryzacja wstecza - U AK < 0, przyrząd może jedye blokować apięcie, polaryzacja w kieruku przewodzeia - U AK > 0, przyrząd blokuje apięcie lub może być przełączoy w sta przewodzeia (duży aodowy prąd I A przy małym spadku apięcia), p A p K T1 K A I A T2 I K = I A + I I przyrząd jest steroway prądem bramki I, który może go załączyć przy polaryzacji w kieruku przewodzeia, w ormalych tyrystorach wyłączeie prądem bramki ie jest możliwe (jest oo możliwe jedyie w tyrystorach TO).

10 Bipolare Przyrządy Mocy - Tyrystor Załączaie bramkowe sta blokowaia: U AK = U ext > 0, I = 0, I A = 0 A I A = I E2 I T start załączaia : U AK = U ext > 0, I = I 0 > I mi, I C1 = I C2 = 0 I A = 0 sta przejściowy dodatie I C1 = I B2 T1 T2 I C2 I B1 I U AK sprzężeie zwrote: I A = I C1 + I C2 K I K = I E1 I B1 = I = I 0 I B2 = I C1 = 1 I 0 I C1 = 1 I 0 I C2 = 2 I B2 = 1 2 I 0 I B1 = I C2 + I 0 I C1 = 1 I B1 = 1 (I C2 +I 0 ) I B2 = I C1 = 1 (I C2 +I 0 ) I C2 = 2 I B2 = 1 2 (I C2 +I 0 ) I C1 =..I C2 =...

11 Bipolare Przyrządy Mocy - Tyrystor Załączaie bramkowe sta blokowaia: U AK = U ext > 0, I = 0, I A = 0 A I A = I E2 I T start załączaia : U AK = U ext > 0, I = I 0 > I mi, I C1 = I C2 = 0 I A = 0 sta przejściowy dodatie I C1 = I B2 T1 T2 I C2 I B1 I U AK sprzężeie zwrote: I A = I C1 + I C2 K I K = I E1 I B1 = I = I 0 I B2 = I C1 = 1 I 0 I C1 = 1 I 0 I C2 = 2 I B2 = 1 2 I 0 I C1 =..I C2 =... sta przewodzeia: I = 0 I = 0, I A = I K U AK = U T = 1,6 2 V

12 Bipolare Przyrządy Mocy - Tyrystor Załączaie bramkowe I M amplituda prądu bramki I M I U D I T apięcie blokowaia prąd przewodzeia tyrystora 0.1I M t t t t d czas trwaia impulsu prądu bramki czas opóźieia U DM U AK t d t r 0.9U D 0.1U D t t r czas arastaia I A I T t o = t d + t r t

13 Bipolare Przyrządy Mocy - Tyrystor Charakterystyka bramkowa A obszar iemożliwych przełączeń tyrystora B obszar iepewego wyzwalaia I C obszar pewego wyzwalaia I FM P max I T U T prąd przełączający bramki apięcie przełączające bramki I T B C I FM szczytowy prąd przewodzeia bramki A U T U FM U U FM szczytowe apięcie przewodzeia bramki

14 Bipolare Przyrządy Mocy - Tyrystor Wyłączaie wymuszoe obwód wyłączaia wymuszoego E t d R Th I T t E U T t d czas dyspooway określoy przez obwód zewętrzy

15 Bipolare Przyrządy Mocy - Tyrystor Wyłączaie wymuszoe E t d R Th I T Proces wyłączaia t E U T I T U T t q t q czas wyłączaia, określoy przez zjawiska wewątrz tyrystora prowadzące do odzyskaia zdolości blokowaia apięcia

16 Uipolare Przyrządy Mocy SIT Wywodzący się z idei JFET Static Iductio Trasistor SIT (uipolary) p S D Kostrukcja bramki zagrzebaej Kostrukcja SIT jest wzorowaa a idei lampy elektroowej triody

17 Uipolare Przyrządy Mocy Trazystor VMOS Wywodzący się z idei MOSFET Vertical MOS VMOS (uipolary) p S S Pojedycza komórka przyrząd składa - się z tysięcy takich komórek + D Idetyczość komórek MOS jest uzyskiwaa dzięki jedorodości procesu suchego trawieia

18 Uipolare Przyrządy Mocy Trazystor VDMOS Wywodzący się z idei MOSFET Vertical Double Diffusio VDMOS (uipolary) S p S Pojedycza komórka - przyrząd składa się z tysięcy takich komórek + D Idetyczość komórek MOS jest uzyskiwaa dzięki jedorodości procesu podwójej dyfuzji (jeda maska dla wysp i p)

19 Uipolare Przyrządy Mocy Trazystor CoolMOS Wywodzący się z idei MOSFET CoolMOS (uipolary) Pojedycza komórka przyrząd składa się z tysięcy takich komórek Idetyczość komórek jest uzyskiwaa m.i. dzięki jedorodości procesu podwójej dyfuzji (jeda maska dla wysp i p)

20 Bi-MOS Przyrządy Mocy Tyrystor SITh Wywodzący się z idei JFET Static Iductio Thyristor SITh (Bi-MOS) SIT S SITh K + + p Złącze emiterowe + p + D A

21 Bi-MOS Przyrządy Mocy Trazystor IBT Wywodząca się z idei trazystora bipolarego Itegrated ate Bipolal Trasistor IBT (Bi-MOS) S p + D Wyjściowa struktura MOS - S + D

22 Bi-MOS Przyrządy Mocy Trazystor IBT Idea trazystora IBT Itegrated ate Bipolal Trasistor IBT (Bi-MOS) VDMOS IBT S E p + p + E p + C D C I B =0

23 Bi-MOS Przyrządy Mocy Trazystor IBT Idea trazystora IBT Sta przewodzeia - proces przełączaia I Cm 0.9I Cm I C t s t f Charakterystyka trazystora p--p + 0.1I Cm t d t r t I E E p + I ed E t s = 0 U CE - p + C I he C

24 Bi-MOS Przyrządy Mocy Trazystor IBT Charakterystyki Trazystora E p Wyłączeie w obwodzie z R i L - p + C Charakterystyka statycza I-V

25 Zitegrowae Przyrządy Mocy - IPM IPM Iteligemt Power Module