IGBT's

Vanwege hun geïsoleerde poorten hebben alle typen IGFET's een extreem hoge stroomversterking:er kan geen aanhoudende poortstroom zijn als er geen continu poortcircuit is waarin continu stroom kan stromen. De enige stroom die we door de gate-aansluiting van een IGFET zien, is dus elke tijdelijke (korte piek) die nodig kan zijn om de gate-kanaalcapaciteit op te laden en het uitputtingsgebied te verplaatsen wanneer de transistor overschakelt van een "aan" -status naar een " uit” staat, of omgekeerd.

Deze hoge stroomversterking lijkt in eerste instantie de IGFET-technologie een duidelijk voordeel te geven ten opzichte van bipolaire transistors voor de regeling van zeer grote stromen. Als een bipolaire junctietransistor wordt gebruikt om een ​​grote collectorstroom te regelen, moet er een substantiële basisstroom zijn die wordt aangevoerd of verzonken door een regelcircuit, in overeenstemming met de β-verhouding. Om een ​​voorbeeld te geven:om een ​​vermogen BJT met een β van 20 een collectorstroom van 100 ampère te laten geleiden, moet er ten minste 5 ampère basisstroom zijn, een aanzienlijke hoeveelheid stroom op zich voor miniatuur discrete of geïntegreerde besturingsschakelingen afhandelen:

Transistor met stuurschakeling

Vanuit het oogpunt van besturingsschakelingen zou het leuk zijn om vermogenstransistoren te hebben met een hoge stroomversterking, zodat er veel minder stroom nodig is voor het regelen van de belastingsstroom. Natuurlijk kunnen we Darlington-paartransistors gebruiken om de stroomversterking te vergroten, maar dit soort opstelling vereist nog steeds veel meer regelstroom dan een equivalente vermogens-IGFET:

Helaas hebben IGFET's echter problemen met het zelf regelen van hoge stroom:ze vertonen doorgaans een grotere spanningsval van afvoer naar bron terwijl ze verzadigd zijn dan de spanningsval van collector naar emitter van een verzadigde BJT. Deze grotere spanningsval komt overeen met een hogere vermogensdissipatie voor dezelfde hoeveelheid belastingsstroom, waardoor het nut van IGFET's als apparaten met een hoog vermogen wordt beperkt. Hoewel sommige gespecialiseerde ontwerpen, zoals de zogenaamde VMOS-transistor, zijn ontworpen om dit inherente nadeel te minimaliseren, is de bipolaire junctietransistor nog steeds superieur in zijn vermogen om hoge stromen te schakelen.

Een interessante oplossing voor dit dilemma maakt gebruik van de beste eigenschappen van IGFET's met de beste eigenschappen van BJT's, in één apparaat dat een Insulated-Gate Bipolar Transistor of IGBT wordt genoemd. Ook bekend als een MOSFET met bipolaire modus, een geleidbaarheidsgemoduleerde veldeffecttransistor (COMFET), of gewoon als een geïsoleerde poorttransistor (IGT), is het equivalent aan een Darlington-paar van IGFET en BJT:

Schematisch symbool en equivalent circuit

In wezen regelt de IGFET de basisstroom van een BJT, die de hoofdbelastingsstroom tussen collector en emitter afhandelt. Op deze manier is er een extreem hoge stroomversterking (aangezien de geïsoleerde poort van de IGFET praktisch geen stroom trekt van het stuurcircuit), maar de spanningsval van collector naar emitter tijdens volledige geleiding is net zo laag als die van een gewone BJT.

Nadeel van IGBT

Een nadeel van de IGBT ten opzichte van een standaard BJT is de langzamere uitschakeltijd. Voor snel schakelen en een hoge stroomverwerkingscapaciteit is het moeilijk om de bipolaire junctietransistor te verslaan. Snellere uitschakeltijden voor de IGBT kunnen worden bereikt door bepaalde ontwerpwijzigingen, maar alleen ten koste van een hogere verzadigde spanningsval tussen collector en emitter. De IGBT biedt echter een goed alternatief voor IGFET's en BJT's voor krachtige besturingstoepassingen.

GERELATEERD WERKBLAD:

• Werkblad Bipolaire Transistors Geïsoleerde Poort