Transistores bipolares de compuerta aislada (IGBT)
May 16, 2022
Semiconductor dispositivos u2013 Discreto dispositivos u2013
Parte 9: transistores de compuerta aislada bipolar transistores (IGBTs)
Dispositivos à semiconductores u2013 Dispositivos discretos u2013
Parte 9: Transistores bipolares à grilla aislada (IGBT)
SE M I CO NDUC T OR D EV I C E u2013 D I SCRE T E DEV I CES u2013
P a r t 9 : I n s u l a t e d - g a t e b i po l a r t r a n s i s t o r s ( I G B T s )
PRÓLOGO
1) La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) es una organización mundial de estandarización que comprende todos los comités electrotécnicos nacionales (Comités Nacionales de la IEC). El objetivo de la IEC es promover la cooperación internacional en todas las cuestiones relativas a la estandarización en los campos eléctrico y electrónico. Con este fin, y además de otras actividades, la IEC publica Normas Internacionales, Especificaciones Técnicas, Informes Técnicos, Especificaciones Disponibles Públicamente (PAS) y Guías (en adelante referidas como [Publicación(es) de la IEC"). Su preparación es confiada a comités técnicos; cualquier Comité Nacional de la IEC interesado en el tema tratado puede participar en este trabajo preparatorio. Organizaciones internacionales, gubernamentales y no gubernamentales que se relacionan con la IEC también participan en esta preparación. La IEC colabora estrechamente con la Organización Internacional de Normalización (ISO) de acuerdo con las condiciones determinadas por el acuerdo entre las dos organizaciones.
2) Las decisiones formales o acuerdos del IEC sobre asuntos técnicos expresan, en la medida de lo posible, un consenso internacional de opinión sobre los temas relevantes, ya que cada comité técnico tiene representación de todos los Comités Nacionales del IEC interesados.
3) Las publicaciones del IEC tienen la forma de recomendaciones para uso internacional y son aceptadas por los Comités Nacionales del IEC en ese sentido. Si bien se realizan todos los esfuerzos razonables para garantizar que el contenido técnico de las publicaciones del IEC sea preciso, el IEC no puede ser considerado responsable de la forma en que se utilizan o de cualquier interpretación errónea por parte de cualquier usuario final.
4) Con el fin de promover la uniformidad internacional, los Comités Nacionales del IEC se comprometen a aplicar las publicaciones del IEC de manera transparente en la medida máxima posible en sus publicaciones nacionales y regionales. Cualquier divergencia entre cualquier publicación del IEC y la publicación nacional o regional correspondiente deberá indicarse claramente en esta última.
5) El IEC no proporciona ningún procedimiento de marcado para indicar su aprobación y no puede ser considerado responsable de ningún equipo declarado conforme con una publicación del IEC.
6) Todos los usuarios deben asegurarse de tener la última edición de esta publicación.
7) El IEC y sus directores, empleados, servidores o agentes, incluidos expertos individuales y miembros de sus comités técnicos y Comités Nacionales del IEC, no serán responsables de ninguna lesión personal, daño material u otro daño de cualquier naturaleza, ya sea directo o indirecto, o de costos (incluidos honorarios legales) y gastos derivados de la publicación, uso o dependencia de esta publicación del IEC o cualquier otra publicación del IEC.
8) Se llama la atención sobre las referencias normativas citadas en esta publicación. El uso de las publicaciones referenciadas es indispensable para la correcta aplicación de esta publicación.
9) Se llama la atención sobre la posibilidad de que algunos de los elementos de esta publicación de la CEI puedan ser objeto de derechos de patente. La CEI no será responsable de identificar ninguno o todos esos derechos de patente.
La Norma Internacional IEC 60747-9 ha sido preparada por el subcomité 47E: Dispositivos semiconductores discretos, del comité técnico 47 de la CEI: Dispositivos semiconductores.
Esta segunda edición de la IEC 60747-9 cancela y reemplaza la primera edición (1998) y su enmienda 1 (2001).
Los principales cambios con respecto a la edición anterior se enumeran a continuación.
a) El párrafo 3 fue modificado agregando términos que deberían incluirse.
b) Los párrafos 4 y 5 fueron modificados con adiciones y eliminaciones adecuadas que deberían incluirse.
c) Los párrafos 6 y 7 de la Enmienda 1 se combinaron en el Párrafo 6 con adiciones y correcciones adecuadas que deberían incluirse.
d) El Párrafo 8 de la Enmienda 1 fue renumerado como Párrafo 7. Esta norma debe leerse en conjunto con la IEC 60747-1.
El texto de esta norma se basa en los siguientes documentos:
|
FD I S |
R epo r t en v o ti ng |
|
47 E / 3 33 / F D I S |
4 7 E / 341 / R V D |
Toda la información sobre la votación para la aprobación de esta norma se puede encontrar en el informe de votación indicado en la tabla anterior.
Esta publicación ha sido redactada de acuerdo con las Directivas ISO/IEC, Parte 2.
Una lista de todas las partes de la serie IEC 600747, bajo el título general: S e m i c ondu c t o r de v i c e s u2013 D i sc r e t e de v i c e s , se puede encontrar en el sitio web de la IEC.
El comité ha decidido que el contenido de esta publicación permanecerá sin cambios hasta la fecha de resultado del mantenimiento indicada en el sitio web de la IEC bajo " http://webstore.iec.ch " en los datos relacionados con la publicación específica. En esta fecha, la publicación será
• reconfirmada,
• retirada,
• reemplazada por una edición revisada, o
• modificado.
SE M I CO NDUC T OR D EV I C ES u2013
D I SCRE T E DEV I CES u2013
P a r t 9 : I n s u l a t e d - g a t e b i po l a r t r a n s i s t o r s ( I G B T s )
1 S cope
Esta parte de la norma IEC 60747 proporciona estándares específicos del producto para terminología, símbolos de letras, clasificaciones y características esenciales, verificación de clasificaciones y métodos de medición para los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT).
2 N o r m a t i ve r e f e r e n ces
Los siguientes documentos de referencia son indispensables para la aplicación de este documento. Para las referencias con fecha, solo se aplica la edición citada. Para las referencias sin fecha, se aplica la última edición del documento de referencia (incluidas las enmiendas).
IEC 60747-1:2006, S e m i c ondu c t o r de v i c e s u2013 P a r t 1 : G ene r a l
IEC 60747-2, S e m i c ondu c t o r de v i c e s u2013 D i sc r e t e de v i c e s y i n t eg r a t ed c i r c u i t s u2013 P a r t 2 : R e c t i f i e r d i o de s
IEC 60747-6, S e m i c ondu c t o r de v i c e s u2013 P a r t 6 : T h y r i s t o r s
IEC 61340 (todas las partes), E l e c t r o s t a t i cs
3 Te r m s y de f i n i t i ons
Para los fines de este documento, se aplican los siguientes términos y definiciones.
3 . 1 G r a ph i ca l sy m bo l o f I G B T
El símbolo gráfico que se muestra a continuación se utiliza en esta edición de la norma IEC 60747-9.
Símbolo gráfico
NOTA Solo se utiliza el símbolo gráfico para IGBT de canal N en esta norma. También se aplica igualmente para la medición de dispositivos de canal P. En el caso de dispositivos de canal P, la polaridad debe adaptarse.
3 . 2 G e n e r a l t e r m s
3 . 2 . 1
i n s u l a t e d - g a t e b i po l a r t r a n s i s t o r
I G B T
transistor que tiene un canal de conducción y una unión PN. La corriente que fluye a través del canal y la unión está controlada por un campo eléctrico resultante de un voltaje aplicado entre la compuerta y los terminales del emisor
Consulte IEV 521-04-05.
NOTA Con el voltaje colector-emisor aplicado, la unión PN está polarizada directamente.
3 . 2 . 2
N - c h a nn e l I G B T
IGBT que tiene uno o más canales de conducción de tipo N
Consulte IEV 521-05-06.
3 . 2 . 3
P - c h a nn e l I G B T
IGBT que tiene uno o más canales de conducción de tipo P
Consulte IEV 521-04-05.
3 . 2 . 4
c o ll ec t o r c u rr e n t ( o f a n I G B T )
I c
corriente continua que es conmutada (controlada) por el IGBT
3 . 2 . 5
c o ll ec t o r t e r m i n a l, c o ll ec t o r ( o f a n I G B T )
C
para un IGBT de canal N (canal P), el terminal hacia (desde) el cual fluye la corriente del colector desde (hacia) el circuito externo
Ver IEV 521-07-05 e IEV 521-05-02.
3 . 2 . 6
e m i tt e r t e r m i n a l, e m i tt e r ( o f a n I G B T )
E
para un IGBT de canal N (canal P), el terminal desde (hacia) el cual fluye la corriente del colector hacia (desde) el circuito externo
Ver IEV 521-07-04.
3 . 2 . 7
g a t e t e r m i n a l, g a t e ( o f a n I G B T )
G
terminal al que se aplica un voltaje contra el terminal del emisor para controlar la corriente del colector
Ver IEV 521-07-09.
3 . 3 T e r m s r e l a t e d t o r a t i ng s a nd c h a r ac t e r i s t i cs ; v o l t a g es a nd c u rr e n t s
3 . 3 . 1
c o ll ec t o r - e m i tt e r ( d . c . ) v o l t a g e
voltaje entre colector y emisor
3 . 3 . 2
c o ll ec t o r - e m i tt e r v o l t a g e w i t h g a t e - e m i tt e r s ho r t- c i r c u i t e d
V CES
voltaje colector-emisor en el que la corriente del colector tiene un valor bajo (absoluto) especificado con el emisor del gate cortocircuitado
3 . 3 . 3
c o ll ec t o r - e m i tt e r s u s t a i n i ng v o l t a g e
V C E * s u s
voltaje de ruptura colector-emisor en valores relativamente altos de corriente del colector donde el voltaje de ruptura es relativamente insensible a los cambios en la corriente del colector, para una terminación especificada entre las terminales del gate y el emisor
NOTA 1 La terminación especificada entre las terminales del gate y el emisor se indica en el símbolo de letra por el tercer subíndice `*`; ver 4.1.2 de IEC 60747-7.
NOTA 2 Cuando sea necesario, se agrega un calificador adecuado al término básico para indicar una terminación específica entre las terminales del gate y el emisor.
Ejemplo: Voltaje sostenido colector-emisor con las terminales del gate y el emisor cortocircuitadas V CESsus . NOTA 3 El término básico puede acortarse si el significado es claro a partir del símbolo de letra utilizado. Ejemplo: Voltaje sostenido colector-emisor V CERsus .
NOTA 4 Este término es importante para dispositivos de alto voltaje, por ejemplo, más de 4 kV.
3 . 3 . 4
c o ll ec t o r - e m i tt e r b r eak do w n v o l t a g e
V ( BR ) C ES
voltaje entre el colector y el emisor por encima del cual la corriente del colector aumenta bruscamente, con el cortocircuito de la compuerta al emisor
Ver IEV 521-05-06.
3 . 3 . 5
c o ll ec t o r - e m i tt e r sa t u r a t i en v o l t a g e
V C E sa t
3 . 3 . 6
g a t e - e m i tt e r ( d . c . ) v o l t a g e
voltaje entre la compuerta y el emisor
3 . 3 . 7
g a t e - c o ll ec t o r ( d . c . ) v o l t a g e
voltaje entre la compuerta y el colector
3 . 3 . 8
g a t e - e m i tt e r t h r es ho l d v o l t a g e
V G E (t h )
voltaje compuerta-emisor en el que la corriente del colector tiene un valor bajo (absoluto) especificado
3 . 3 . 9
e l ec t r o s t a t i c d i sc h a r g e v o l t a g e
voltaje que se puede aplicar al terminal de la compuerta sin destrucción de la capa de aislamiento
Ver IEV 521-05-27
3 . 3 . 1 0
c o ll ec t o r c u t- o ff c u rr e n t
corriente del colector a un voltaje colector-emisor específico por debajo de la región de ruptura y compuerta en estado de apagado
3 . 3 . 1 1
c o ll ec t o r c u rr e n t
corriente a través del colector
3 . 3 . 1 2
t a il c u rr e n t
I C Z
corriente del colector durante el tiempo de cola
3 . 3 . 1 3
g a t e l eaka g e c u rr e n t
I G ES
corriente de fuga en el terminal de compuerta a un voltaje compuerta-emisor especificado con el terminal del colector cortocircuitado al terminal del emisor
3 . 3 . 1 4
sa f e op e r a t i ng a r ea
SO A
corriente del colector versus voltaje colector-emisor donde el IGBT es capaz de encenderse y apagarse sin fallas
3 . 3 . 14 . 1
f o r w a r d b i as sa f e op e r a t i ng a r ea
F B S O A
corriente del colector versus voltaje colector-emisor donde el IGBT es capaz de encenderse y estar en estado de encendido sin fallas
3 . 3 . 14 . 2
r eve r se b i as sa f e op e r a t i ng a r ea
RB S O A
corriente del colector versus voltaje colector-emisor donde el IGBT puede apagarse sin fallas
3 . 3 . 14 . 3
s ho r t c i r c u i t sa f e op e r a t i ng a r ea
S C S O A
duración del cortocircuito y voltaje colector-emisor donde el IGBT puede encenderse y apagarse sin fallas
3 . 4 T e r m s r e l a t e d t o r a t i ng s a nd c h a r ac t e r i s t i cs ; o t h e r c h a r ac t e r i s t i cs
3 . 4 . 1
i npu t ca p ac i t a n ce
C i es
3 . 4 . 2
ou t pu t c a p ac i t a n ce
C o es
capacitancia entre los terminales del colector y el emisor con el terminal de la compuerta en cortocircuito con el terminal del emisor para c.a.
3 . 4 . 3
r eve r se t r a n s f e r ca p ac i t a n ce
C r es
capacitancia entre los terminales del colector y la compuerta
3 . 4 . 4
g a t e c h a r g e
Q G
carga requerida para elevar el voltaje compuerta-emisor desde un nivel bajo especificado a un nivel alto especificado
3 . 4 . 5
i n t e r n a l g a t e r es i s t a n ce
r g
resistencia interna en serie
3 . 4 . 6
t u r n - en e n e r g y ( p e r pu l se )
E en
energía disipada dentro del IGBT durante el encendido de un solo pulso de corriente del colector
NOTA La disipación de potencia correspondiente durante condiciones de pulso periódico se obtiene multiplicando E encendido
por la frecuencia de pulso.
3 . 4 . 7
t u r n - o ff e n e r g y ( p e r pu l se )
E o ff
energía disipada dentro del IGBT durante el tiempo de apagado más el tiempo de cola de un solo pulso de corriente del colector
NOTA La disipación de potencia correspondiente durante condiciones de pulso periódico de apagado se obtiene multiplicando E apagado
por la frecuencia de pulso.
3 . 4 . 8
t u r n - en d e l ay t i m e
t d ( en ) , t d
NOTA Por lo general, el tiempo se mide entre puntos correspondientes al 10 % del pulso de entrada y salida
amplitudes.
3 . 4 . 9
r i se t i m e
t r
intervalo de tiempo entre los instantes en que la subida de la corriente del colector alcanza límites inferiores y superiores especificados, respectivamente, cuando el IGBT está siendo conmutado del estado de apagado al estado de encendido
NOTA Por lo general, los límites inferiores y superiores son del 10 % y 90 % de la amplitud del pulso.
3 . 4 . 1 0
t u r n - en t i m e
t en
suma del tiempo de retardo de encendido y el tiempo de subida
3 . 4 . 1 1
t u r n - o ff d e l ay t i m e
t d ( o ff) , t s
intervalo de tiempo entre el final del pulso de voltaje a través de los terminales de entrada que ha mantenido al IGBT en su estado de encendido y el comienzo de la caída de la corriente del colector cuando el IGBT se conmuta del estado de encendido al estado de apagado
NOTA Por lo general, el tiempo se mide entre puntos correspondientes al 90 % de las amplitudes del pulso de entrada y salida.
3 . 4 . 1 2
f a ll t i m e
t f
intervalo de tiempo entre los instantes en que la caída de la corriente del colector alcanza límites superiores e inferiores especificados, respectivamente, cuando el IGBT cambia del estado de encendido al estado de apagado
NOTA Por lo general, los límites superiores e inferiores son del 90 % y 10 % de la amplitud del pulso.
3 . 4 . 1 3
t u r n - o ff t i m e
t o ff
suma del tiempo de retardo de apagado y el tiempo de caída
3 . 4 . 1 4
t a il t i m e
t z
intervalo de tiempo desde el final del tiempo de apagado hasta el instante en que la corriente del colector ha caído a un valor especificado del 2 % o inferior
4 Le tt e r sy m bo l s
4 . 1 G e n e r a l
Los símbolos generales de letras para los IGBT se definen en la Cláusula 4 de la IEC 60747-1.
4 . 2 A dd i t i en a l g e n e r a l s ub sc r i p t s
C,c colector
E,e emisor
G,g compuerta
sat saturación
th umbral
Z,z cola
S terminación con cortocircuito
R terminación con resistor
X terminación con voltaje especificado de compuerta emisor
sus sostenimiento
4 . 3 L i s t o f l e tt e r sy m bo l s
|
N a m e y des i gna t i en |
Le tt e r sy m bo l |
|
4 . 3 . 1 Vo l t ag es |
|
|
C o ll e c t o r- e m itt e r v o l t age |
V C E |
|
C o ll e c t o r- e m i tt e r v o l t age , ga t e - e m i tt e r s ho r t - c i r c u i t ed |
V CES |
|
C o ll e c t o r- e m i tt e r s u s t a i n i ng v o l t age |
V CE * sus |
|
C o ll e c t o r- e m i tt e r b r ea k do w n v o l t age , ga t e - e m i tt e r s ho rt- c i r c u i t ed |
V ( B R ) C ES |
|
C o ll e c t o r- e m i tt e r s a t u r a t i en v o l t age |
V C E s a t |
|
G a t e - e m i tt e r v o l t age |
V GE |
|
G a t e - e m itt e r v o l t age , c o ll e c t o r- e m i tt e r s ho r t - c i r c u i t ed |
V G ES |
|
G a t e - e m i tt e r t h r e s ho l d v o l t age |
V G E (t h ) |
|
C o ll e c t o r- ga t e v o l t age , ga t e - e m itt e r r e s i s t an c e s pe c i f i ed |
V C GR |
|
4 . 3 . 2 C u rr en t s |
|
|
C o ll e c t o r cu rr en t |
I C |
|
P ea k c o ll e c t o r c u rr en t |
I CM |
|
R epe t i t i v e pea k c o ll e c t o r c u rr en t |
I CR M |
|
C o ll e c t o r- e m i tt e r c u t - o ff c u rr en t, ga t e - e m i tt e r s ho r t - c i r c u i t ed |
I CES |
|
Ta il cu rr en t |
I CZ |
|
G a t e c u r r en t |
I G |
|
G a t e l ea k age c u rr en t, c o ll e c t o r- e m i tt e r s ho rt- c i r c u i t ed |
I G ES |
|
4 . 3 . 3 O t he r e l ec t r i ca l m agn i t udes |
|
|
I npu t capac it ance |
C i es |
|
O u t pu t c apa c i t an c e |
|
|
R e v e r s e r an s f e r c apa c i t an c e |
|
|
G a t e c ha r ge |
Q G |
|
I n t e r na l ga t e r e s i s t an c e |
r g |
|
T u r n - en po w e r d i ss i pa t i en |
|
|
T u r n - en en e r gy |
|
|
T u r n - o ff po w e r d i ss i pa t i en |
P o f f |
|
T u r n - o ff ene r g y |
E o ff |
|
C ondu c t i ng s t a t e po w e r d i ss i pa t i en |
P cond |
|
C ondu c t i ng s t a t e ene r g y |
E cond |
|
T o t a l po w e r d i ss i pa t i en |
P t o t |
|
4 . 3 . 4 T i m e |
|
|
T a il i m e |
t z |
|
4 . 3 . 5 El r m a l m agn i t udes |
|
|
T he r m a l r e s i s t an c e j un c t i en t o hea t s i n k |
R t h ( j - c ) |
|
T r an s i en t t he r m a l i m pedan c e j un c t i en t o hea t s i n k |
Z t h ( j - c ) |
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