» Danke für die Links, habe die Links gelesen, wäre aber dankbar, wenn mir
» jemad in seinen eignen Worten den Ablauf beim Durchschalten und Sperren
» erklären könnte.
Einschalten: Wenn die Gate-Emitter-Spannung unter dem Schwellenwert liegt und die Kollektor-Emitter-Spannung positiv ist, dann ist der Baustein abgeschaltet.
Es fließt lediglich ein geringer Leckstrom vom Kollektor zum Emitter. Mit zunehmender positiver Spannung am Gate werden Elektronen in den P+-Bereich unter dem Gate angezogen. Ist der Schwellenwert des Bausteins erreicht, befinden sich dort ausreichend viele Elektronen, um einen N-Kanal zwischen dem N+-Gebiet (unter Emitter und Gate) und der N-Epitaxie-Bereich unter dem Gate einzurichten. Dann fließen Elektronen vom N+-Bereich unter dem Emitter über den entstandenen N-Kanal in den N-Epi-Bereich.
Das bedeutet einen herkömmlichen Stromfluss ausgehend von der Basis eines bipolaren PNP (P+-Substrat, N-Epi-Bereich, P+-Bereich unter dem Emitter), wodurch der Baustein einschaltet und einen Stromfluss vom Kollektor zum Emitter zulässt.
Außerdem wird zu diesem Zeitpunkt die Sperrschichtdiode zwischen dem P+-Substrat und der N+-Pufferschicht in Durchlassrichtung vorgespannt, wenn mindesten 0,7 V über der Sperrschicht vorliegen. Der Elektronenfluss in die N-Epitaxie-Schicht (der Basis des PNP-Transistors) und der in Durchlassrichtung vorgespannten Diode (P+-Substrat zu N-Epi-Schicht) verursacht eine Injektion von Löchern vom P+-Substrat in die N-Epi-Schicht. Wenn sich die positive Spannung am Kollektor des IGBTs erhöht, nimmt auch die Rate der Löcher-Injizierung so lange zu, bis die Löcherkonzentration in der N-Epi-Schicht das Dotierungsniveau im Hintergrund übertrifft. Als Folge beginnt die N-Epi-Schicht ihren inhärenten negativen Zustand zu verlieren.
Die Grundlage der überlegenen Einschaltleistung des IGBTs
Mit weiter zunehmender Dichte der injizierten Löcher muss die Konzentration von Löchern und Elektronen gleich werden, um eine Ladungsneutralität aufrecht zu erhalten. Jedoch sind diese Konzentrationen, auch wenn sie gleich sind, weit höher als das ursprüngliche Hintergrund-Dotierungsniveau. Dies senkt den Widerstand der N-Epi-Schicht in hohem Maße.
Da die N-Epi-Schicht die Schicht mit dem höchsten Widerstand darstellt, moduliert dieser Prozess die Leitfähigkeit des Bausteins effektiv. Diese „Leitungsmodulation“ ist entscheidende Grundlage für die überlegene Einschaltleistung des IGBTs, weil sie im Vergleich zu einem MOSFET von vergleichbarer Chipgröße einen drastisch geringeren Einschalt-Spannungsabfall ermöglicht. Darüber hinaus mindert er die Abhängigkeit des IGBT von der Betriebstemperatur und der Nennspannung. Im Vergleich dazu ist der Rds(on) eines MOSFET in starkem Maße temperaturabhängig.
Was beim Abschalten im Innern des IGBT passiert
Um den Baustein abzuschalten, wird die Gate-Emitter-Spannung Vge auf 0 V oder innerhalb gewisser Höchstgrenzen auf einen negativen Wert abgesenkt. Der N-Kanal (auch als Inversionsschicht bezeichnet) lässt sich nicht länger aufrecht erhalten und die Versorgung der N-Epi-Schicht mit Elektronen wird abgebrochen. Das löst den Abschaltvorgang aus. Jedoch kann das Abschalten erst abgeschlossen werden, wenn die hohe Zahl von in den N-Epi-Bereich injizierten Minoritätsladungsträgern (den Löchern) durch Rekombination neutralisiert wird.
Anfänglich fällt der Kollektor-Emitter-Strom abrupt ab, doch tritt infolge des allmählich abklingenden Rekombinationsstroms ein Abschaltstrom auf. Deshalb ist die Abschaltzeit des IGBT verhältnismäßig langsam im Vergleich zur Abschaltzeit des MOSFETs (die keine Minoritätsladungsträger rekombinieren müssen).
IGBT-Verbesserungen erlauben höhere Schaltfrequenz
nicht von mir , stammt aus Elektronik Praxis |
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