Транзистор типа Insulated Gate Bipolar Transistor (insulated gate transistor, сокращённо IGBT) — полупроводниковый прибор, широко применяемый в электронных областях электроники, поскольку его эффективная, высокоскоростная и высоковольтная система обработки напряжения является центральным компонентом системы передачи и преобразования электроэнергии. Тем не менее, IGBT генерирует более высокие энергетические потери в процессе переключения, особенно в высокочастотных приложениях, которые становятся более заметными. В ответ на эту задачу исследователи и инженеры постоянно исследуют различные технические средства для снижения энергопотребления IGBT. В одной из них IGBT с встроенным карбидом кремния, сокращённо SiC, стал популярным решением.

Основные принципы работы IGBT

IGBT объединяет сильные стороны MOSFET и BJT (биполярный транзистор) с высоким сопротивление ввода и низким давлением. В режиме проводящего канала IGBT контролирует сигнал сетки, направляя ток от коллектора к эмиттеру; В режиме выключения IGBT блокирует поток тока. Тем не менее, в процессе переключения IGBT происходит определенное количество энергетических потерь, включая, в основном, потери проводника и выключения. Традиционный IGBT имеет особенно очевидные потери при высоких частотах переключения.

Преимущество сик-диодов

Карбид кремния — широко запрещенный полупроводниковый материал с лучшими электрическими и тепловыми свойствами. По сравнению с традиционными кремниевыми (Si) материалами, SiC обладает следующим значительным преимуществом:

1: интенсивность пробивания электрического поля в 10 раз сильнее, чем кремний в SiC, что позволяет приборам SiC работать под высоким напряжением без проникновения.

2, высокая теплопроводность: скорость теплопроводности SiC примерно в 3 раза превышает скорость кремния, что позволяет приборам SiC лучше работать в условиях высокой температуры.

3, низкопроводящее сопротивление: SiC диод имеет более низкое сопротивление проводящего потока, уменьшая потери проводящего.

4: быстрое восстановление: время обратного восстановления SiC-диодов очень короткое, что может значительно снизить потери переключателей.

IGBT, встроенный SiC-диод

Для того чтобы в полной мере использовать преимущества SiC-диодов, исследователи предложили дизайн интегрированных SiC-диодов внутри IGBT. Этот дизайн имеет два преимущества:

1: снижение потери при обратном восстановлении: традиционный IGBT в процессе выключения создает значительные потери в связи с наличием обратного тока восстановления. В то время как IGBT, встроенный в SiC-диоды, может значительно снизить эти потери, поскольку SiC-диоды обладают сверхбыстрыми реверсивными свойствами.

2, повысить эффективность системы: IGBT, встроенный в SiC-диод, работает на высоких частотах, что позволяет снизить потери на переключатели и проводящие каналы, тем самым повышая эффективность системы в целом.

Прикладной экземпляр с повышением производительности

электромобиль

В двигательной системе электромобилей IGBT является преобразователем мощности ядра. Традиционная кремниевая кигбт, работающая на высоких частотах, имеет более высокий расход энергии и оказывает влияние на дальность полёта электромобилей. IGBT, встроенный SiC-диод, может значительно снизить энергопотребление, тем самым увеличив мили электромобилей и увеличив эффективность зарядки.

Возобновляемая энергия

IGBT используется для преобразования электрической энергии в фотоэлектрических и ветряных системах. IGBT, встроенный в SiC-диод, может эффективно снизить потери энергии в процессе преобразования, повысить эффективность производства электроэнергии, снизить нагрузку на систему охлаждения и снизить ее совокупные издержки.

Автоматизация промышленности

В промышленной автоматизации AD8315ARM преобразователь частоты широко используется в электромеханическом управлении. IGBT с встроенным SiC-диодом может повысить эффективность и надежность преобразователей, сократить потребление энергии и производство тепла, тем самым увеличив продолжительность жизни устройства.

Развитие и проблемы в будущем

IGBT, встроенный в SiC диод, также столкнулся с трудностями в снижении энергопотребления. С одной стороны, технология и затраты на изготовление материалов SiC остаются выше, и вопрос о Том, как снизить затраты на производство устройств SiC является ключевым. С другой стороны, интегрированная технология разработки и инкапсуляции IGBT и SiC диодов также требует большей оптимизации, чтобы обеспечить надежность и стабильность приборов в условиях высоких температур, высокого давления.

В будущем IGBT, встроенный в SiC диод, будет расширяться и использоваться в более широких областях применения, в то время как технология материалов и технологии производства будут прогрессировать. В то же время, в сочетании с другими новыми материалом и новыми технологиями, такими как нитрид Галлия (галлий) и новые технологии инжинитрида Галлия, будут способствовать повышению производительности и снижению энергопотребления мощных полупроводниковых приборов.

Одним словом, IGBT, встроенный в SiC диод, предоставляет эффективное решение для различных эффективных электронных устройств, значительно сократив потери и потери в обратных восстановлениях и переключателях. Эта инновационная технология будет играть все более важную роль в будущем, по мере того как технологии будут развиваться и расширяться.

DSTA001B 3BSE018316R1