|
วงจรสมมูลของ IGBT
รูปที่ 6 (ก) แสดงโครงสร้างที่มีทรานซิสเตอร์และมอสเฟตแฝงอยู่ภายใน
(ข) วงจรสมมูลสำหรับการทำงานสภาพปกติของ
IGBT
(ค) วงจรสมมูลที่แสดงส่วนของไทริสเตอร์ที่แฝงอยู่ใน
IGBT
 วงจรสมมูลของ
IGBT แสดงไว้ในรูปที่ 6 ซึ่งในรูปที่ 6 (ก) นั้นจะเห็นว่าในบริเวณบอดี้ p
ชั้นบริเวณ n- และชั้นอินเจ็กติ้ง p+ จะคล้ายกับทรานซิสเตอร์ชนิดพีเอ็นพี
โดยแทนได้ด้วยขาคอลเล็กเตอร์, เบส และอิมิตเตอร์ ตามลำดับ และบริเวณภายใต้เกตก็จะแทนได้ด้วยมอสเฟตซึ่งจะมีความต้านทานบริเวณ
n- เชื่อมขาเบส ของทรานซิสเตอร์พีเอ็นพีเข้ากับขาเดรนของมอสเฟต ซึ่งเมื่อเขียนวงจรสมมูลออกมาจะได้วงจรดังรูปที่
6 (ข)
จากรูปที่
6 (ข) จะเห็นว่าเป็นวงจรดาร์ลิงตัน โดยมีมอสเฟตเป็นตัวขับทรานซิสเตอร์พีเอ็นพี
แต่มีจุดพิเศษที่แตกต่างจากวงจรทั่วไป คือกระแสเดรนส่วนใหญ่จะไหลจากอิมิตเตอร์
มายังเบส ผ่านความต้านทานบริเวณลอยเลื่อน และผ่านขาเดรนมายังคอลเล็กเตอร์และขาซอร์สสำหรับวงจรสมมูลในรูปที่
6 (ค) จะแสดงให้เห็นว่าภายใน IGBT มีไทริสเตอร์แฝงอยู่ด้วย โดยดูได้จาก การทีèทรานซิสเตอร์เอ็นพีเอ็นและพีเอ็นพีต่อเข้าด้วยกันในลักษณะที่มีการป้อนกลับ
ทำให้เห็นได้ชัดถึงเหตุ ที่ทำให้เกิดการแลตช์ของ IGBT
โดยถ้ากระแสส่วนน้อยที่ไหลผ่านจากอิมิตเตอร์มายังคอลเล็กเตอร์ของทรานซิสเตอร์ของทรานซิสเตอร์พีเอ็นพี
ผ่านความต้านทานข้างเคียงแล้วทำให้เกิดแรงดันตกคร่อม ความต้านทานสูงกว่า
0.7 โวลต์ ทรานซิสเตอร์เอ็นพีเอ็นจะนำกระแส ส่งผลให้เกิดการแลตช์ขึ้นใน IGBT
สำหรับแรงดันตกคร่อมขาเดรนและซอร์ส ของ IGBT ขณะนำกระแส ( Vds(on)) สามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้
(
Vds(on)) = Vj1 + Adrift - IdRchannel
.. (1)
เมื่อ
Vj1 เป็นแรงดันไบแอสตรงที่ตรงคร่อมรอยต่อพีเอ็น จึงมีค่าค่อนข้างจะคงที่
จะมีการเปลี่ยนแปลงบ้างก็เพียงเล็กน้อยเพราะมีความสัมพันธ์โดยตรงในลักษณะเอ็กซ์โปแนเชียล
กับกระแส ทำให้มีค่าอยู่ระหว่าง 0.7 - 1 โวลต์
Adrift
เป็นแรงดันที่ตกคร่อมความต้านทานบริเวณเลื่อน ซึ่งความต้านทานนี้มีค่าค่อนข้างคงที่
แต่เมื่อเทียบกับค่าแรงดันในมอสเฟตแล้วจะมีค่าน้อยกว่าเพราะผลของการมอดูเลต
สภาพนำที่เกิดขึ้นใน IGBT
Rchannel
เป็นค่าความต้านทานในย่าน 1 - 1,000 โอห์ม มีค่าค่อนข้างจะคงที่ (IdRchannel)
เป็นแรงดันตกคร่อมมอสเฟต
ดังนั้นจึงพอจะสรุปได้ว่า
( Vds(on)) จะมีค่าสูงมากขึ้นตามค่ากระแสเดรนที่สูงขึ้น โดยทั่วไป IGBT จะสามารถทำงานได้ในอุณหภูมิรอยต่อสูงสุดถึง
150 องศาเซลเซียส และผลของการเปลี่ยนอุณหภูมิห้อง ไปถึงค่าสูงสุดนี้ จะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่า
( Vds(on)) เพียงเล็กน้อยเท่านั้น เพราะ IGBT มีค่า ( Vds(on)) เป็นผลรวมระหว่างแรงดันตกคร่อมมอสเฟตที่มีสัมประสิทธิ์ทางอุณหภูมิเป็นบวก
(หมายถึงอุณหภูมิสูงขึ้นแรงดันตกคร่อมก็จะสูงขึ้นตาม) กับแรงดันตกคร่อมความต้านทาน
บริเวณลอยเลื่อยที่มีสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นลบ
|
