سروس ہاٹ لائن
کالمسٹ
کالمسٹ
IGBT ٹرن اوور کا عمل کیا ہے؟ (لیکچر 1)
2022-03-17
1493
جو لوگ پاور الیکٹرانکس میں مشغول ہیں وہ IGBT سے واقف ہو سکتے ہیں۔ پورا نام Insulated Gate Bipolar Transistor ہے، جو کہ ایک مکمل طور پر کنٹرول شدہ پاور سیمی کنڈکٹر ڈیوائس ہے جو MOS (Insulated Gate Field Effect Transistor) اور BJT (Bipolar Transistor) پر مشتمل ہے۔ اسے عام طور پر پاور الیکٹرانک آلات کے "CPU" کے نام سے جانا جاتا ہے۔ دس وولٹ سے زیادہ کے گیٹ کنٹرول سگنل کے ذریعے، یہ kV وولٹیج اور kA کرنٹ کے کنٹرول کا احساس کر سکتا ہے۔ ایک قومی اسٹریٹجک ابھرتی ہوئی صنعت کے طور پر، یہ ریل ٹرانزٹ، سمارٹ گرڈ، صنعتی توانائی کی بچت، برقی گاڑیوں اور توانائی کے نئے آلات میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے۔لیکن کیا آپ واقعی IGBT کو جانتے ہیں؟ آج، آئی جی بی ٹی کے ٹرن آف عمل پر بات کرتے ہیں۔ اس سے پہلے کہ ہم شروع کریں، آئیے ایک سوال کرتے ہیں۔ آپ اس پر غور کر سکتے ہیں۔ شکل 1 IGBT کے ٹرن آف گیٹ ریزسٹنس اور وولٹیج سپائیک کے درمیان تعلق کو ظاہر کرتا ہے:
تصویر 1. IGBT ٹرن آف اوور وولٹیج اور گیٹ ریزسٹنس کے درمیان تعلق [1]جب آئی جی بی ٹی کے گیٹ آف ریزسٹنس میں اضافہ ہوتا ہے تو وولٹیج کی بڑھتی ہوئی وارداتیں بڑھ جائیں گی؟ یہ کیسا بھوت ہے؟ کیا یہ اس سے مختلف ہے جو ہم نے سوچا تھا؟آئیے ٹرن آف ریزسٹنس اور IGBT کے ٹرن آف نقصان کے درمیان تعلق کو دیکھتے ہیں۔ یہ شکل 2 سے دیکھا جا سکتا ہے کہ IGBT کی ٹرن آف مزاحمت کا ٹرن آف نقصان پر بہت کم اثر پڑتا ہے۔
مندرجہ بالا دو تصویروں سے، ایسا لگتا ہے کہ گیٹ ریزسٹنس کے ذریعے IGBT کی ٹرن آف خصوصیات کو متاثر کرنا مثالی نہیں ہے۔ تاہم، یہ معاملہ ہے، تو کیا کوئی حل نہیں ہے؟ کوئی نہ کوئی طریقہ تو ہونا چاہیے، پہلے بیٹے کو قید کرو، پھر اس پر بات کریں گے!آج، آئی جی بی ٹی کے بند ہونے کے عمل کے بارے میں مختصراً بات کرتے ہیں، اور مندرجہ بالا رجحان کی وجوہات کا جڑ سے تجزیہ کرتے ہیں۔IGBT کے ٹرن آف عمل کو سمجھنے کے لیے، IGBT کے کام کرنے والے اصول کا مختصر جائزہ لینا ضروری ہے۔ جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، IGBT ایک پاور ڈیوائس ہے جو MOS اور BJT پر مشتمل ہے۔ شکل 1 NPT IGBT کی اندرونی ساخت اور مساوی سرکٹ کو ظاہر کرتا ہے۔ ہم سب جانتے ہیں کہ IGBT ایک دو قطبی آلہ ہے، یعنی الیکٹران اور سوراخ دونوں ترسیل میں حصہ لیتے ہیں۔ یہ فرض کرتے ہوئے کہ MOS کے ذریعے بہنے والا الیکٹران کرنٹ اندر ہے اور pnp ٹرانزسٹر کے ذریعے بہنے والا سوراخ Ip ہے، IGBT سے گزرنے والا کلیکٹر کرنٹ IC+IP میں ہے۔
ٹرانزسٹر کے کام کرنے والے اصول کے مطابق، کلکٹر کرنٹ آئی پی اور پی این پی ٹرانزسٹر کے بیس کرنٹ کے درمیان درج ذیل تعلق موجود ہے:
βpnp ٹرانزسٹر کا عام ایمیٹر کرنٹ ایمپلیفیکیشن عنصر ہے، اور αpnp ٹرانجسٹر کا عام بیس کرنٹ ایمپلیفیکیشن عنصر ہے۔ واضح رہے کہ IGBT کے کلکٹر سائیڈ پر PNP ٹرانزسٹر صرف PNP ٹرانزسٹر کے ڈھانچے کے مساوی ہے، جو اصل میں کارکردگی میں موجودہ امپلیفیکیشن کے لیے استعمال ہونے والے ٹرانزسٹر سے بہت دور ہے [3]۔ اصلی ٹرانجسٹر کرنٹ کو بڑھا سکتا ہے، یعنی Ip>>In، جبکہ IGBT کے لیے، الیکٹران کرنٹ In بنیادی طور پر ہول کرنٹ Ip کے برابر ہے۔ٹرانزسٹر کے بارے میں بات کرنے کے بعد، آئیے MOS کے بارے میں بات کرتے ہیں. ہم سب جانتے ہیں کہ MOS ایک وولٹیج کنٹرول ڈیوائس ہے۔ MOS کے موجودہ چینل کا سوئچنگ کے عمل میں گیٹ وولٹیج کے ساتھ درج ذیل تعلق ہے:
اس فارمولے میں، Kp آلہ کی ساخت اور کیریئر کی خصوصیات سے متعلق گتانک ہے، اور Vge، th تھریشولڈ وولٹیجز ہیں۔اس مقام پر، یہ بات ہر کسی پر تھوڑی سی واضح ہو سکتی ہے کہ ہم IGBT کے گیٹ وولٹیج کو جو کنٹرول کرتے ہیں وہ دراصل اندرونی MOS ہے، جو براہ راست الیکٹران کرنٹ In سے متاثر ہوتا ہے، جبکہ ہول کرنٹ Ip کا براہ راست گیٹ وولٹیج Vge سے کوئی تعلق نہیں ہے۔موضوع پر واپس، آئی جی بی ٹی کے ٹرن آف کے عمل پر ایک نظر ڈالتے ہیں۔ عام طور پر، IGBT کے ٹرن آف عمل کو اس کی بیرونی خصوصیات کے مطابق پانچ مراحل میں تقسیم کیا جا سکتا ہے، جیسا کہ درج ذیل تصویر میں دکھایا گیا ہے۔
图4. IGBT关断外特性
مرحلہ 1(t0-t1): گیٹ کیپسیٹر ڈسچارج ہوتا ہے، اور گیٹ کا وولٹیج تیزی سے میتریہ پلیٹ فارم وولٹیج Vgep پر گرتا ہے۔ اسٹیج 2(t1-t2): میتریہ پلیٹ فارم کے مرحلے میں، گیٹ وولٹیج بنیادی طور پر غیر تبدیل شدہ ہے، اور Vgep وولٹیج لوڈ کرنٹ پر منحصر ہے۔ گیٹ کرنٹ میتریہ کیپسیٹر کو چارج کرتا ہے، اور کلکٹر وولٹیج تھوڑا سا بڑھتا ہے۔ مرحلہ 3(t2-t3): کلکٹر وولٹیج بڑھنے کے مرحلے میں، IGBT کا کلکٹر وولٹیج Vce تیزی سے بس وولٹیج تک بڑھ جاتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، گیٹ وولٹیج Maitreya پلیٹ فارم Vgep سے تھریشولڈ وولٹیج Vge،th تک گر جاتا ہے، اور گیٹ مکمل طور پر بند ہو جاتا ہے۔ مرحلہ 4(t3-t4): کلکٹر کرنٹ کے کم ہونے کے مرحلے میں، IGBT کا کلیکٹر وولٹیج بڑھ کر بس وولٹیج Vdc تک پہنچ گیا ہے، اور IGBT سے متعلقہ ڈایڈڈ آگے کی ترسیل کے مرحلے میں داخل ہوتا ہے، اور لوڈ کرنٹ تیزی سے IGBT سے ڈائیوڈ میں منتقل ہو جاتا ہے۔ Ic کا کرنٹ تیزی سے ٹریلنگ کرنٹ کی طرف گرتا ہے، اور کلیکٹر وولٹیج میں ایک خاص وولٹیج اوور شوٹ ہوتا ہے جس کی وجہ سٹری انڈکٹنس کی موجودگی ہوتی ہے۔ مرحلہ 5(t4-t5): موجودہ عمل کے پیچھے چلتے ہوئے، اس مرحلے میں موجودہ کمی کی رفتار کا تعین بنیادی طور پر ڈیوائس کے کیریئر لائف ٹائم سے ہوتا ہے۔ کچھ لوگ پوچھ سکتے ہیں کہ جب کرنٹ گرنا شروع ہوتا ہے تو گیٹ کیوں بند کر دیا جاتا ہے۔ بہت سے کاغذات سے پتہ چلتا ہے کہ جب IGBT کا کلکٹر کرنٹ 0 تک گر جائے گا تو گیٹ بند ہو جائے گا۔ ان اعداد و شمار کو صرف IGBT کی سوئچنگ خصوصیات کو سمجھنے میں کوئی مسئلہ نہیں ہے۔ سخت الفاظ میں، کچھ مسائل ہیں، لیکن آئیے زیادہ الجھن میں نہ پڑیں۔ درحقیقت، ہمارے لیے یہ جانچنا مشکل ہے کہ جب IGBT کا گیٹ بند ہو جائے، کیونکہ ہم آخر کار سیمی کنڈکٹرز کا مطالعہ نہیں کر رہے ہیں، اور ہمیں بہت سے پیرامیٹرز کا علم نہیں ہے! درج ذیل میں اندرونی میکانزم کی سطح سے IGBT کے ٹرن آف کے عمل کی وضاحت کی گئی ہے: سب سے پہلے، IGBT کو بند کرنے سے پہلے اندرونی کیریئرز کی تقسیم کو دیکھیں۔ تصویر 5 انجیر میں t0 سے پہلے IGBT میں اندرونی کیریئرز کی تقسیم سے مساوی ہے۔ 4، یعنی آن حالت میں۔ یہاں، ہم بنیادی طور پر N-base خطے میں کیریئر کی تقسیم پر تبادلہ خیال کرتے ہیں، کیونکہ IGBT کی سوئچنگ خصوصیات بنیادی طور پر N-bas خطہ میں کیریئرز سے متاثر ہوتی ہیں۔ ریاست میں، N-بیس کا علاقہ الیکٹرانوں اور سوراخوں سے بھرا ہوا ہے، اس لیے اس خطے کو Carrier Storage Region (CSR) یا پلازما بھی کہا جا سکتا ہے۔ ریاستی عمل کے دوران، IGBT کے بنیادی علاقے میں الیکٹران کا کرنٹ اور ہول کرنٹ تقریباً 3:1 ہوتا ہے، بنیادی طور پر اس لیے کہ الیکٹران کی نقل و حرکت انہی حالات میں سوراخوں سے تین گنا زیادہ ہوتی ہے [4]۔
جب IGBT کے گیٹ پر صفر یا منفی تعصب وولٹیج کا اطلاق ہوتا ہے، تو آلہ شٹ ڈاؤن کے عمل میں داخل ہوتا ہے۔ سب سے پہلے، گیٹ وولٹیج میں کمی کے ساتھ، MOS چینل کے ذریعے N+ سورس ریجن سے N-بیس ریجن میں داخل ہونے والا الیکٹران کرنٹ بتدریج کم ہوتا جاتا ہے، جب کہ بیرونی کلیکٹر کرنٹ لوڈ انڈکٹنس کے اثر میں کوئی تبدیلی نہیں کرتا، اس لیے IGBT ماڈیول کے اندر الیکٹران کرنٹ اور ہول کرنٹ اپنی اصل حالت سے ہٹ جائے گا۔ تصویر 3 میں اس مرحلے پر IGBT کے N-bas خطہ میں کیریئرز کی تبدیلی کو دکھایا گیا ہے، تصویر میں t0-t3 میں کیریئر کی تقسیم کے مطابق۔ 4، جس میں N-بیس ریجن کے بائیں جانب CSR ریجن میں الیکٹران اور سوراخ کے جوڑے کی ایک بڑی تعداد اب بھی موجود ہے۔ این بیس ریجن کے دائیں جانب، ایک اسپیس چارج ریجن (SCR) ہے، جس میں کوئی بقایا کیریئر نہیں ہے اور اسے ڈیپلیشن لیئر بھی کہا جا سکتا ہے۔ IGBT کے ٹرن آف کے دوران، یہ خطہ وولٹیج لے جاتا ہے، اور SCR کے علاقے میں الیکٹران کرنٹ بتدریج کم ہوتا جاتا ہے، جبکہ سوراخ کا کرنٹ بتدریج بڑھتا جاتا ہے۔
جب IGBT کا گیٹ وولٹیج تھریشولڈ وولٹیج Vgeth تک کم ہوتا رہتا ہے، اندرونی MOS کنڈکشن چینل مکمل طور پر بند ہو جاتا ہے، اور In1 0 ہوتا ہے، جو PNP ٹرانزسٹر کے بنیادی کرنٹ کو کاٹ دیتا ہے۔ پی این پی ٹرانزسٹر کا ایمیٹر N-بیس ریجن میں مزید سوراخ نہیں لگائے گا۔ تصویر 7 IGBT کی غیر خصوصیت کے t3 سے مساوی ہے۔ اس وقت، اسپیس چارج والے علاقے میں الیکٹران کرنٹ صفر ہے، اور لوڈ کرنٹ کو ہول کرنٹ Ip1 کے ذریعے مکمل طور پر برقرار رکھا جاتا ہے، جبکہ CSR ریجن میں الیکٹران اور سوراخ اب بھی موجود ہیں۔
جب IGBT کا کلکٹر وولٹیج Vce بس وولٹیج تک بڑھتا ہے، کلکٹر کرنٹ تیزی سے گرتا ہے، اور IC کی گراوٹ کی شرح خود ڈیوائس کی خصوصیات سے طے کی جاتی ہے، جسے اب گیٹ کے ذریعے کنٹرول نہیں کیا جائے گا۔ تصویر 8 انجیر میں t3-t4 کے مساوی ہے۔ 4. اس مرحلے کی تکمیل کے بعد، CSR کے علاقے میں ابھی بھی چند کیریئرز باقی ہیں، اور بقیہ کیریئرز کا خاتمہ بنیادی طور پر ان کے دوبارہ ملاپ کی شرح سے طے ہوتا ہے، جو بیرونی طور پر ٹریلنگ کرنٹ کے طور پر ظاہر ہوتا ہے۔
اس مقام پر، آپ سمجھ سکتے ہیں کہ آیا IGBT کلکٹر کی موجودہ گراوٹ کی شرح کو گیٹ کے ذریعے کنٹرول کیا جا سکتا ہے یا نہیں اس کا انحصار اس بات پر ہے کہ آیا MOS چینل کے ذریعے انجکشن لگایا گیا الیکٹران کرنٹ اب بھی IGBT کرنٹ ڈراپ سٹیج میں کوئی کردار ادا کرتا ہے۔ یہاں ہم IGBT کے ٹرن آف کمی کی شرح کو بیان کرنے کے لیے فارمولہ استعمال کر سکتے ہیں:
فارمولے سے یہ معلوم کرنا مشکل نہیں ہے کہ In1 کو کلیکٹر کرنٹ کی گرتی ہوئی ڈھلوان کو کنٹرول کرنے کے لیے بولنے کا ایک خاص حق ہونا چاہیے جب یہ بند ہو جائے۔ ہم MOS چینل الیکٹران کرنٹ کے تناسب کو کیسے بڑھا سکتے ہیں؟
دو طریقے ہیں، ایک IGBT کی ٹرن آف اسپیڈ کو کم کرنا، اور دوسرا گیٹ میں الیکٹران کرنٹ لگانا۔ فی الحال، دونوں طریقوں کی آئی جی بی ٹی گیٹ ڈرائیو میں اچھی ایپلی کیشنز ہیں۔ شٹ ڈاؤن کی رفتار کو کم کرنے کے طریقے کیا ہیں؟ بلاشبہ، مزاحمت کو بڑھانا ممکن ہے، لیکن ٹرن آف میں تاخیر یا نقصان بہت بڑا ہے، جو نقصان کے قابل نہیں ہے۔ دوسرا طریقہ یہ ہے کہ ایکٹیو ڈرائیو ٹیکنالوجی کو اپنایا جائے، اور IGBT کی ٹرن آف اسپیڈ کو صرف اس وقت کم کرنے کے لیے اقدامات کیے جائیں جب IGBT کا کرنٹ گر جائے۔ یہ طریقہ سوئچنگ میں تاخیر، اوور وولٹیج اور نقصان کے درمیان ایک اچھا سمجھوتہ حاصل کر سکتا ہے۔ گھریلو Feishide ڈیجیٹل ڈرائیور میں یہ فنکشن ہے، لہذا جو لوگ دلچسپی رکھتے ہیں وہ اس کے بارے میں جان سکتے ہیں (یہ یہاں اشتہار نہیں ہے، یہ خالصتاً تکنیکی تبادلہ ہے)! پھر گیٹ میں کرنٹ کیسے لگائیں؟ یہ وہی ہے جسے ہم اکثر کلکٹر وولٹیج ایکٹو کلیمپنگ ٹیکنالوجی کہتے ہیں۔
تصویر 1. IGBT ٹرن آف اوور وولٹیج اور گیٹ ریزسٹنس کے درمیان تعلق [1]جب آئی جی بی ٹی کے گیٹ آف ریزسٹنس میں اضافہ ہوتا ہے تو وولٹیج کی بڑھتی ہوئی وارداتیں بڑھ جائیں گی؟ یہ کیسا بھوت ہے؟ کیا یہ اس سے مختلف ہے جو ہم نے سوچا تھا؟آئیے ٹرن آف ریزسٹنس اور IGBT کے ٹرن آف نقصان کے درمیان تعلق کو دیکھتے ہیں۔ یہ شکل 2 سے دیکھا جا سکتا ہے کہ IGBT کی ٹرن آف مزاحمت کا ٹرن آف نقصان پر بہت کم اثر پڑتا ہے۔
مندرجہ بالا دو تصویروں سے، ایسا لگتا ہے کہ گیٹ ریزسٹنس کے ذریعے IGBT کی ٹرن آف خصوصیات کو متاثر کرنا مثالی نہیں ہے۔ تاہم، یہ معاملہ ہے، تو کیا کوئی حل نہیں ہے؟ کوئی نہ کوئی طریقہ تو ہونا چاہیے، پہلے بیٹے کو قید کرو، پھر اس پر بات کریں گے!آج، آئی جی بی ٹی کے بند ہونے کے عمل کے بارے میں مختصراً بات کرتے ہیں، اور مندرجہ بالا رجحان کی وجوہات کا جڑ سے تجزیہ کرتے ہیں۔IGBT کے ٹرن آف عمل کو سمجھنے کے لیے، IGBT کے کام کرنے والے اصول کا مختصر جائزہ لینا ضروری ہے۔ جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، IGBT ایک پاور ڈیوائس ہے جو MOS اور BJT پر مشتمل ہے۔ شکل 1 NPT IGBT کی اندرونی ساخت اور مساوی سرکٹ کو ظاہر کرتا ہے۔ ہم سب جانتے ہیں کہ IGBT ایک دو قطبی آلہ ہے، یعنی الیکٹران اور سوراخ دونوں ترسیل میں حصہ لیتے ہیں۔ یہ فرض کرتے ہوئے کہ MOS کے ذریعے بہنے والا الیکٹران کرنٹ اندر ہے اور pnp ٹرانزسٹر کے ذریعے بہنے والا سوراخ Ip ہے، IGBT سے گزرنے والا کلیکٹر کرنٹ IC+IP میں ہے۔
ٹرانزسٹر کے کام کرنے والے اصول کے مطابق، کلکٹر کرنٹ آئی پی اور پی این پی ٹرانزسٹر کے بیس کرنٹ کے درمیان درج ذیل تعلق موجود ہے:
βpnp ٹرانزسٹر کا عام ایمیٹر کرنٹ ایمپلیفیکیشن عنصر ہے، اور αpnp ٹرانجسٹر کا عام بیس کرنٹ ایمپلیفیکیشن عنصر ہے۔ واضح رہے کہ IGBT کے کلکٹر سائیڈ پر PNP ٹرانزسٹر صرف PNP ٹرانزسٹر کے ڈھانچے کے مساوی ہے، جو اصل میں کارکردگی میں موجودہ امپلیفیکیشن کے لیے استعمال ہونے والے ٹرانزسٹر سے بہت دور ہے [3]۔ اصلی ٹرانجسٹر کرنٹ کو بڑھا سکتا ہے، یعنی Ip>>In، جبکہ IGBT کے لیے، الیکٹران کرنٹ In بنیادی طور پر ہول کرنٹ Ip کے برابر ہے۔ٹرانزسٹر کے بارے میں بات کرنے کے بعد، آئیے MOS کے بارے میں بات کرتے ہیں. ہم سب جانتے ہیں کہ MOS ایک وولٹیج کنٹرول ڈیوائس ہے۔ MOS کے موجودہ چینل کا سوئچنگ کے عمل میں گیٹ وولٹیج کے ساتھ درج ذیل تعلق ہے:
اس فارمولے میں، Kp آلہ کی ساخت اور کیریئر کی خصوصیات سے متعلق گتانک ہے، اور Vge، th تھریشولڈ وولٹیجز ہیں۔اس مقام پر، یہ بات ہر کسی پر تھوڑی سی واضح ہو سکتی ہے کہ ہم IGBT کے گیٹ وولٹیج کو جو کنٹرول کرتے ہیں وہ دراصل اندرونی MOS ہے، جو براہ راست الیکٹران کرنٹ In سے متاثر ہوتا ہے، جبکہ ہول کرنٹ Ip کا براہ راست گیٹ وولٹیج Vge سے کوئی تعلق نہیں ہے۔موضوع پر واپس، آئی جی بی ٹی کے ٹرن آف کے عمل پر ایک نظر ڈالتے ہیں۔ عام طور پر، IGBT کے ٹرن آف عمل کو اس کی بیرونی خصوصیات کے مطابق پانچ مراحل میں تقسیم کیا جا سکتا ہے، جیسا کہ درج ذیل تصویر میں دکھایا گیا ہے۔
图4. IGBT关断外特性مرحلہ 1(t0-t1): گیٹ کیپسیٹر ڈسچارج ہوتا ہے، اور گیٹ کا وولٹیج تیزی سے میتریہ پلیٹ فارم وولٹیج Vgep پر گرتا ہے۔ اسٹیج 2(t1-t2): میتریہ پلیٹ فارم کے مرحلے میں، گیٹ وولٹیج بنیادی طور پر غیر تبدیل شدہ ہے، اور Vgep وولٹیج لوڈ کرنٹ پر منحصر ہے۔ گیٹ کرنٹ میتریہ کیپسیٹر کو چارج کرتا ہے، اور کلکٹر وولٹیج تھوڑا سا بڑھتا ہے۔ مرحلہ 3(t2-t3): کلکٹر وولٹیج بڑھنے کے مرحلے میں، IGBT کا کلکٹر وولٹیج Vce تیزی سے بس وولٹیج تک بڑھ جاتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، گیٹ وولٹیج Maitreya پلیٹ فارم Vgep سے تھریشولڈ وولٹیج Vge،th تک گر جاتا ہے، اور گیٹ مکمل طور پر بند ہو جاتا ہے۔ مرحلہ 4(t3-t4): کلکٹر کرنٹ کے کم ہونے کے مرحلے میں، IGBT کا کلیکٹر وولٹیج بڑھ کر بس وولٹیج Vdc تک پہنچ گیا ہے، اور IGBT سے متعلقہ ڈایڈڈ آگے کی ترسیل کے مرحلے میں داخل ہوتا ہے، اور لوڈ کرنٹ تیزی سے IGBT سے ڈائیوڈ میں منتقل ہو جاتا ہے۔ Ic کا کرنٹ تیزی سے ٹریلنگ کرنٹ کی طرف گرتا ہے، اور کلیکٹر وولٹیج میں ایک خاص وولٹیج اوور شوٹ ہوتا ہے جس کی وجہ سٹری انڈکٹنس کی موجودگی ہوتی ہے۔ مرحلہ 5(t4-t5): موجودہ عمل کے پیچھے چلتے ہوئے، اس مرحلے میں موجودہ کمی کی رفتار کا تعین بنیادی طور پر ڈیوائس کے کیریئر لائف ٹائم سے ہوتا ہے۔ کچھ لوگ پوچھ سکتے ہیں کہ جب کرنٹ گرنا شروع ہوتا ہے تو گیٹ کیوں بند کر دیا جاتا ہے۔ بہت سے کاغذات سے پتہ چلتا ہے کہ جب IGBT کا کلکٹر کرنٹ 0 تک گر جائے گا تو گیٹ بند ہو جائے گا۔ ان اعداد و شمار کو صرف IGBT کی سوئچنگ خصوصیات کو سمجھنے میں کوئی مسئلہ نہیں ہے۔ سخت الفاظ میں، کچھ مسائل ہیں، لیکن آئیے زیادہ الجھن میں نہ پڑیں۔ درحقیقت، ہمارے لیے یہ جانچنا مشکل ہے کہ جب IGBT کا گیٹ بند ہو جائے، کیونکہ ہم آخر کار سیمی کنڈکٹرز کا مطالعہ نہیں کر رہے ہیں، اور ہمیں بہت سے پیرامیٹرز کا علم نہیں ہے! درج ذیل میں اندرونی میکانزم کی سطح سے IGBT کے ٹرن آف کے عمل کی وضاحت کی گئی ہے: سب سے پہلے، IGBT کو بند کرنے سے پہلے اندرونی کیریئرز کی تقسیم کو دیکھیں۔ تصویر 5 انجیر میں t0 سے پہلے IGBT میں اندرونی کیریئرز کی تقسیم سے مساوی ہے۔ 4، یعنی آن حالت میں۔ یہاں، ہم بنیادی طور پر N-base خطے میں کیریئر کی تقسیم پر تبادلہ خیال کرتے ہیں، کیونکہ IGBT کی سوئچنگ خصوصیات بنیادی طور پر N-bas خطہ میں کیریئرز سے متاثر ہوتی ہیں۔ ریاست میں، N-بیس کا علاقہ الیکٹرانوں اور سوراخوں سے بھرا ہوا ہے، اس لیے اس خطے کو Carrier Storage Region (CSR) یا پلازما بھی کہا جا سکتا ہے۔ ریاستی عمل کے دوران، IGBT کے بنیادی علاقے میں الیکٹران کا کرنٹ اور ہول کرنٹ تقریباً 3:1 ہوتا ہے، بنیادی طور پر اس لیے کہ الیکٹران کی نقل و حرکت انہی حالات میں سوراخوں سے تین گنا زیادہ ہوتی ہے [4]۔
جب IGBT کے گیٹ پر صفر یا منفی تعصب وولٹیج کا اطلاق ہوتا ہے، تو آلہ شٹ ڈاؤن کے عمل میں داخل ہوتا ہے۔ سب سے پہلے، گیٹ وولٹیج میں کمی کے ساتھ، MOS چینل کے ذریعے N+ سورس ریجن سے N-بیس ریجن میں داخل ہونے والا الیکٹران کرنٹ بتدریج کم ہوتا جاتا ہے، جب کہ بیرونی کلیکٹر کرنٹ لوڈ انڈکٹنس کے اثر میں کوئی تبدیلی نہیں کرتا، اس لیے IGBT ماڈیول کے اندر الیکٹران کرنٹ اور ہول کرنٹ اپنی اصل حالت سے ہٹ جائے گا۔ تصویر 3 میں اس مرحلے پر IGBT کے N-bas خطہ میں کیریئرز کی تبدیلی کو دکھایا گیا ہے، تصویر میں t0-t3 میں کیریئر کی تقسیم کے مطابق۔ 4، جس میں N-بیس ریجن کے بائیں جانب CSR ریجن میں الیکٹران اور سوراخ کے جوڑے کی ایک بڑی تعداد اب بھی موجود ہے۔ این بیس ریجن کے دائیں جانب، ایک اسپیس چارج ریجن (SCR) ہے، جس میں کوئی بقایا کیریئر نہیں ہے اور اسے ڈیپلیشن لیئر بھی کہا جا سکتا ہے۔ IGBT کے ٹرن آف کے دوران، یہ خطہ وولٹیج لے جاتا ہے، اور SCR کے علاقے میں الیکٹران کرنٹ بتدریج کم ہوتا جاتا ہے، جبکہ سوراخ کا کرنٹ بتدریج بڑھتا جاتا ہے۔
جب IGBT کا گیٹ وولٹیج تھریشولڈ وولٹیج Vgeth تک کم ہوتا رہتا ہے، اندرونی MOS کنڈکشن چینل مکمل طور پر بند ہو جاتا ہے، اور In1 0 ہوتا ہے، جو PNP ٹرانزسٹر کے بنیادی کرنٹ کو کاٹ دیتا ہے۔ پی این پی ٹرانزسٹر کا ایمیٹر N-بیس ریجن میں مزید سوراخ نہیں لگائے گا۔ تصویر 7 IGBT کی غیر خصوصیت کے t3 سے مساوی ہے۔ اس وقت، اسپیس چارج والے علاقے میں الیکٹران کرنٹ صفر ہے، اور لوڈ کرنٹ کو ہول کرنٹ Ip1 کے ذریعے مکمل طور پر برقرار رکھا جاتا ہے، جبکہ CSR ریجن میں الیکٹران اور سوراخ اب بھی موجود ہیں۔
جب IGBT کا کلکٹر وولٹیج Vce بس وولٹیج تک بڑھتا ہے، کلکٹر کرنٹ تیزی سے گرتا ہے، اور IC کی گراوٹ کی شرح خود ڈیوائس کی خصوصیات سے طے کی جاتی ہے، جسے اب گیٹ کے ذریعے کنٹرول نہیں کیا جائے گا۔ تصویر 8 انجیر میں t3-t4 کے مساوی ہے۔ 4. اس مرحلے کی تکمیل کے بعد، CSR کے علاقے میں ابھی بھی چند کیریئرز باقی ہیں، اور بقیہ کیریئرز کا خاتمہ بنیادی طور پر ان کے دوبارہ ملاپ کی شرح سے طے ہوتا ہے، جو بیرونی طور پر ٹریلنگ کرنٹ کے طور پر ظاہر ہوتا ہے۔
اس مقام پر، آپ سمجھ سکتے ہیں کہ آیا IGBT کلکٹر کی موجودہ گراوٹ کی شرح کو گیٹ کے ذریعے کنٹرول کیا جا سکتا ہے یا نہیں اس کا انحصار اس بات پر ہے کہ آیا MOS چینل کے ذریعے انجکشن لگایا گیا الیکٹران کرنٹ اب بھی IGBT کرنٹ ڈراپ سٹیج میں کوئی کردار ادا کرتا ہے۔ یہاں ہم IGBT کے ٹرن آف کمی کی شرح کو بیان کرنے کے لیے فارمولہ استعمال کر سکتے ہیں:
فارمولے سے یہ معلوم کرنا مشکل نہیں ہے کہ In1 کو کلیکٹر کرنٹ کی گرتی ہوئی ڈھلوان کو کنٹرول کرنے کے لیے بولنے کا ایک خاص حق ہونا چاہیے جب یہ بند ہو جائے۔ ہم MOS چینل الیکٹران کرنٹ کے تناسب کو کیسے بڑھا سکتے ہیں؟
دو طریقے ہیں، ایک IGBT کی ٹرن آف اسپیڈ کو کم کرنا، اور دوسرا گیٹ میں الیکٹران کرنٹ لگانا۔ فی الحال، دونوں طریقوں کی آئی جی بی ٹی گیٹ ڈرائیو میں اچھی ایپلی کیشنز ہیں۔ شٹ ڈاؤن کی رفتار کو کم کرنے کے طریقے کیا ہیں؟ بلاشبہ، مزاحمت کو بڑھانا ممکن ہے، لیکن ٹرن آف میں تاخیر یا نقصان بہت بڑا ہے، جو نقصان کے قابل نہیں ہے۔ دوسرا طریقہ یہ ہے کہ ایکٹیو ڈرائیو ٹیکنالوجی کو اپنایا جائے، اور IGBT کی ٹرن آف اسپیڈ کو صرف اس وقت کم کرنے کے لیے اقدامات کیے جائیں جب IGBT کا کرنٹ گر جائے۔ یہ طریقہ سوئچنگ میں تاخیر، اوور وولٹیج اور نقصان کے درمیان ایک اچھا سمجھوتہ حاصل کر سکتا ہے۔ گھریلو Feishide ڈیجیٹل ڈرائیور میں یہ فنکشن ہے، لہذا جو لوگ دلچسپی رکھتے ہیں وہ اس کے بارے میں جان سکتے ہیں (یہ یہاں اشتہار نہیں ہے، یہ خالصتاً تکنیکی تبادلہ ہے)! پھر گیٹ میں کرنٹ کیسے لگائیں؟ یہ وہی ہے جسے ہم اکثر کلکٹر وولٹیج ایکٹو کلیمپنگ ٹیکنالوجی کہتے ہیں۔
ڈس کلیمر: یہ مضمون "آٹو موٹیو سیمی کنڈکٹر انٹیلی جنس بیورو" سے دوبارہ تیار کیا گیا ہے۔ یہ مضمون صرف مصنف کے ذاتی خیالات کی نمائندگی کرتا ہے، اور Sacco Micro اور صنعت کے خیالات کی نمائندگی نہیں کرتا ہے۔ یہ صرف دوبارہ پرنٹ کرنے اور شیئر کرنے کے لیے ہے تاکہ املاک دانش کے حقوق کے تحفظ کی حمایت کی جا سکے۔ دوبارہ پرنٹ کرتے وقت براہ کرم اصل ماخذ اور مصنف کی نشاندہی کریں۔ اگر کوئی خلاف ورزی ہوتی ہے تو اسے حذف کرنے کے لیے ہم سے رابطہ کریں۔
کمپنی کا ٹیلی فون: +86-0755-83044319
فیکس/فیکس:+86-0755-83975897
ای میل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 منیجر لی
QQ: 332496225 منیجر Qiu
پتہ: کمرہ 809، بلاک سی، ژانتاو ٹیکنالوجی بلڈنگ، نمبر 1079 منزی ایونیو، لونگہوا نیو ڈسٹرکٹ، شینزین
متعلقہ سفارشات
粤公网安备44030002007346号