Transistores bipolares de porta isolada (IGBTs)
May 16, 2022
Semicondutor dispositivos - Discreto dispositivos -
Parte 9: Transistores de porta isolada bipolar transistores (IGBTs)
Dispositivos à semicondutores - Dispositivos discretos -
Parte 9: Transistores bipolares à grade isolada (IGBT)
SE M I CO NDUC T OR D EV I C E - D I SCRE T E DEV I CES -
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 )
PREFÁCIO
1) A Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) é uma organização mundial de padronização que compreende todos os comitês eletrotécnicos nacionais (Comitês Nacionais da IEC). O objetivo da IEC é promover a cooperação internacional em todas as questões relacionadas à padronização nos campos elétrico e eletrônico. Para esse fim, além de outras atividades, a IEC publica Normas Internacionais, Especificações Técnicas, Relatórios Técnicos, Especificações Disponíveis Publicamente (PAS) e Guias (doravante referidos como [Publicação(s) da IEC"). Sua preparação é confiada a comitês técnicos; qualquer Comitê Nacional da IEC interessado no assunto tratado pode participar desse trabalho preparatório. Organizações internacionais, governamentais e não governamentais que mantêm contato com a IEC também participam dessa preparação. A IEC colabora estreitamente com a Organização Internacional de Normalização (ISO) de acordo com as condições determinadas por acordo entre as duas organizações.
2) As decisões formais ou acordos da IEC sobre questões técnicas expressam, tanto quanto possível, um consenso internacional de opinião sobre os assuntos relevantes, uma vez que cada comitê técnico tem representação de todos os Comitês Nacionais da IEC interessados.
3) As Publicações da IEC têm a forma de recomendações para uso internacional e são aceitas pelos Comitês Nacionais da IEC nesse sentido. Embora todos os esforços razoáveis sejam feitos para garantir que o conteúdo técnico das Publicações da IEC seja preciso, a IEC não pode ser responsabilizada pela forma como são utilizadas ou por qualquer interpretação errônea por parte de qualquer usuário final.
4) A fim de promover a uniformidade internacional, os Comitês Nacionais da IEC comprometem-se a aplicar as Publicações da IEC de forma transparente, na medida do possível, em suas publicações nacionais e regionais. Qualquer divergência entre qualquer Publicação da IEC e a publicação nacional ou regional correspondente deve ser claramente indicada nesta última.
5) A IEC não fornece nenhum procedimento de marcação para indicar sua aprovação e não pode ser responsabilizada por qualquer equipamento declarado como estando em conformidade com uma Publicação da IEC.
6) Todos os usuários devem garantir que possuem a edição mais recente desta publicação.
7) Nenhuma responsabilidade será atribuída à IEC ou aos seus diretores, funcionários, servidores ou agentes, incluindo especialistas individuais e membros dos seus comitês técnicos e Comitês Nacionais da IEC, por qualquer lesão pessoal, dano material ou outro dano de qualquer natureza, quer direto ou indireto, ou por custos (incluindo honorários advocatícios) e despesas decorrentes da publicação, uso ou dependência desta Publicação da IEC ou de qualquer outra Publicação da IEC.
8) A atenção é chamada para as referências normativas citadas nesta publicação. O uso das publicações referenciadas é indispensável para a aplicação correta desta publicação.
9) A atenção é chamada para a possibilidade de que alguns dos elementos desta Publicação da IEC possam ser objeto de direitos de patente. A IEC não será responsável por identificar quaisquer ou todos esses direitos de patente.
A Norma Internacional IEC 60747-9 foi preparada pelo subcomitê 47E: Dispositivos semicondutores discretos, do comitê técnico 47 da IEC: Dispositivos semicondutores.
Esta segunda edição da IEC 60747-9 cancela e substitui a primeira edição (1998) e sua emenda 1 (2001).
As principais alterações em relação à edição anterior estão listadas abaixo.
a) O item 3 foi alterado pela adição de termos que devem ser incluídos.
b) Os itens 4 e 5 foram alterados pela adição e exclusão adequadas que devem ser incluídas.
c) Os itens 6 e 7 na Emenda 1 foram combinados no Item 6 com adições e correções adequadas que devem ser incluídas.
d) O item 8 na Emenda 1 foi renumerado como Item 7. Esta norma deve ser lida em conjunto com a IEC 60747-1.
O texto desta norma é baseado nos seguintes documentos:
|
FD I S |
R epo r t on v o ti ng |
|
47 E / 3 33 / F D I S |
4 7 E / 341 / R V D |
Todas as informações sobre a votação para a aprovação deste padrão podem ser encontradas no relatório de votação indicado na tabela acima.
Esta publicação foi elaborada de acordo com as Diretivas ISO/IEC, Parte 2.
Uma lista de todas as partes da série IEC 600747, sob o título geral: S e m i c ondu c t o r de v i c e s - D i sc r e t e de v i c e s , pode ser encontrado no site da IEC.
O comitê decidiu que o conteúdo desta publicação permanecerá inalterado até a data de resultado da manutenção indicada no site da IEC em " http://webstore.iec.ch " nos dados relacionados à publicação específica. Nesta data, a publicação será
• reconfirmada,
• retirada,
• substituída por uma edição revisada, ou
\u2022 alterado.
SE M I CO NDUC T OR D EV I C ES -
D I SCRE T E DEV I CES -
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 da IEC 60747 fornece padrões específicos do produto para terminologia, símbolos de letras, classificações e características essenciais, verificação de classificações e métodos de medição para transistores bipolares de porta isolada (IGBTs).
2 N o r m a t i ve r e f e r e n ces
Os seguintes documentos referenciados são indispensáveis para a aplicação deste documento. Para referências datadas, aplica-se apenas a edição citada. Para referências sem data, aplica-se a última edição do documento referenciado (incluindo quaisquer emendas).
IEC 60747-1:2006, S e m i c ondu c t o r de v i c e s - 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 - D i sc r e t e de v i c e s and i n t eg r a t ed c i r c u i t s - 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 - P a r t 6 : T h y r i s t o r s
IEC 61340 (todas as partes), E l e c t r o s t a t i cs
3 Te r m s and de f i n i t i ons
Para os fins deste documento, aplicam-se as seguintes definições e termos.
3 . 1 G r a ph i ca l sy m bo l o f I G B T
O símbolo gráfico, conforme mostrado abaixo, é utilizado nesta edição da IEC 60747-9.
Símbolo gráfico
NOTA Apenas o símbolo gráfico para IGBT de canal N é utilizado neste padrão. Aplica-se igualmente à medição de dispositivos de canal P. No caso de dispositivos de canal P, a polaridade deve ser adaptada.
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 com um canal de condução e uma junção PN. A corrente que flui através do canal e da junção é controlada por um campo elétrico resultante de uma tensão aplicada entre os terminais do gate e do emissor
Consulte IEV 521-04-05.
NOTA Com a tensão coletor-emissor aplicada, a junção PN está polarizada diretamente.
3 . 2 . 2
N - c h a nn e l I G B T
IGBT que possui um ou mais canais de condução do tipo N
Consulte IEV 521-05-06.
3 . 2 . 3
P - c h a nn e l I G B T
IGBT que possui um ou mais canais de condução do 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
corrente contínua que é comutada (controlada) pelo 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 um IGBT de canal N (um IGBT de canal P), o terminal para (de) onde a corrente do coletor flui para (de) o circuito externo
Consulte 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 um IGBT de canal N (um IGBT de canal P), o terminal de (para) onde a corrente do coletor flui para (de) o circuito externo
Veja 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 ao qual uma tensão é aplicada em relação ao terminal do emissor para controlar a corrente do coletor
Veja 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
tensão entre coletor e emissor
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
tensão coletor-emissor na qual a corrente do coletor tem um valor baixo (absoluto) especificado com o emissor do portão em curto-circuito
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
tensão de ruptura coletor-emissor em valores relativamente altos de corrente do coletor onde a tensão de ruptura é relativamente insensível a mudanças na corrente do coletor, para uma terminação especificada entre os terminais do portão e do emissor
NOTA 1 A terminação especificada entre os terminais do portão e do emissor é indicada no símbolo da letra pelo terceiro subscrito `*`; ver 4.1.2 da IEC 60747-7.
NOTA 2 Quando necessário, um qualificador adequado é adicionado ao termo básico para indicar uma terminação específica entre os terminais do portão e do emissor.
Exemplo: Tensão de sustentação coletor-emissor com os terminais do portão e do emissor em curto-circuito V CESsus . NOTA 3 O termo básico pode ser abreviado se o significado for claro a partir do símbolo da letra usado. Exemplo: Tensão de sustentação coletor-emissor V CERsus .
NOTA 4 Este termo é importante para dispositivos de alta voltagem, por exemplo, mais 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
tensão entre coletor e emissor acima da qual a corrente do coletor aumenta rapidamente, com o gate curto-circuitado para o emissor
Consulte 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 on 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
tensão entre o gate e o emissor
3 . 3 . 7
g a t e - c o ll ec t o r ( d . c . ) v o l t a g e
tensão entre o gate e o coletor
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 )
tensão gate-emissor na qual a corrente do coletor tem um valor baixo (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
tensão que pode ser aplicada ao terminal do gate sem destruição da camada de isolamento
Veja 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
corrente do coletor a uma tensão coletor-emissor específica abaixo da região de ruptura e estado de porta desligado
3 . 3 . 1 1
c o ll ec t o r c u rr e n t
corrente através do coletor
3 . 3 . 1 2
t a il c u rr e n t
I C Z
corrente do coletor durante o tempo de cauda
3 . 3 . 1 3
g a t e l eaka g e c u rr e n t
I G ES
corrente de fuga no terminal do gate a uma voltagem especificada gate-emissor com o terminal do coletor curto-circuitado ao terminal do emissor
3 . 3 . 1 4
sa f e op e r a t i ng a r ea
SO A
coletor de corrente versus tensão coletor-emissor onde o IGBT é capaz de ligar e desligar sem falhas
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
coletor de corrente versus tensão coletor-emissor onde o IGBT é capaz de ligar e permanecer no estado ligado sem falhas
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
corrente do coletor versus tensão do emissor do coletor onde o IGBT é capaz de desligar sem falhas
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
duração do curto-circuito e tensão do emissor do coletor onde o IGBT é capaz de ligar e desligar sem falhas
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
capacitância entre os terminais do coletor e emissor com o terminal do gate em curto-circuito para a.c.
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
capacitância entre os terminais do coletor e do portão
3 . 4 . 4
g a t e c h a r g e
Q G
carga necessária para elevar a tensão porta-emissor de um nível baixo especificado para um nível 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
resistência interna em série
3 . 4 . 6
t u r n - on e n e r g y ( p e r pu l se )
E on
energia dissipada dentro do IGBT durante a ligação de um único pulso de corrente do coletor
NOTA A dissipação de potência correspondente durante condições de pulso periódico é obtida multiplicando E em
pela frequência do 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
energia dissipada dentro do IGBT durante o tempo de desligamento mais o tempo de cauda de um único pulso de corrente do coletor
NOTA A dissipação de potência correspondente durante condições de pulso periódico é obtida multiplicando E desligado
pela frequência do pulso.
3 . 4 . 8
t u r n - on d e l ay t i m e
t d ( on ) , t d
NOTA Geralmente, o tempo é medido entre pontos correspondentes a 10 % do pulso de entrada e saída
amplitudes.
3 . 4 . 9
r i se t i m e
t r
intervalo de tempo entre os instantes em que a ascensão da corrente do coletor atinge limites inferiores e superiores especificados, respectivamente, quando o IGBT está sendo comutado do estado desligado para o estado ligado
NOTA Geralmente, os limites inferiores e superiores são 10 % e 90 % da amplitude do pulso.
3 . 4 . 1 0
t u r n - on t i m e
t on
soma do tempo de atraso de ligação e o tempo 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 tempo entre o fim do pulso de tensão nos terminais de entrada que manteve o IGBT no seu estado ligado e o início da queda da corrente do coletor quando o IGBT é comutado do estado ligado para o estado desligado
NOTA Geralmente, o tempo é medido entre pontos correspondentes a 90 % das amplitudes do pulso de entrada e saída.
3 . 4 . 1 2
f a ll t i m e
t f
intervalo de tempo entre os instantes em que a queda da corrente do coletor atinge limites superiores e inferiores especificados, respectivamente, quando o IGBT é comutado do estado ligado para o estado desligado
NOTA Geralmente, os limites superiores e inferiores são 90 % e 10 % da amplitude do pulso.
3 . 4 . 1 3
t u r n - o ff t i m e
t o ff
soma do tempo de atraso de desligamento e o tempo de queda
3 . 4 . 1 4
t a il t i m e
t z
intervalo de tempo desde o final do tempo de desligamento até o instante em que a corrente do coletor caiu para um valor especificado de 2 % ou menos
4 Le tt e r sy m bo l s
4 . 1 G e n e r a l
símbolos gerais de letra para IGBTs são definidos na Cláusula 4 da IEC 60747-1.
4 . 2 A dd i t i on a l g e n e r a l s ub sc r i p t s
C,c coletor
E, emissor
G, porta
sat saturação
th limiar
Z, cauda
S terminação com curto-circuito
R terminação com resistor
X terminação com voltagem especificada do emissor do portão
sus sustentação
4 . 3 L i s t o f l e tt e r sy m bo l s
|
N a m e and des i gna t i on |
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 on 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 - on po w e r d i ss i pa t i on |
|
|
T u r n - on en e r gy |
|
|
T u r n - o ff po w e r d i ss i pa t i on |
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 on |
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 on |
P t o t |
|
4 . 3 . 4 T i m e |
|
|
T a il i m e |
t z |
|
4 . 3 . 5 O 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 on 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 on t o hea t s i n k |
Z t h ( j - c ) |
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