Transistors bipolaires à grille isolée (IGBT)
May 16, 2022
Semiconducteur dispositifs – Discret dispositifs –
Partie 9 : transistors bipolaires à grille isolée bipolaire transistors (IGBTs)
Dispositifs à semiconducteurs – Dispositifs discrets –
Partie 9 : Transistors bipolaires à grille isolée (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 )
AVANT-PROPOS
1) La Commission électrotechnique internationale (CEI) est une organisation mondiale de normalisation regroupant tous les comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). L'objectif de la CEI est de promouvoir la coopération internationale sur toutes les questions concernant la normalisation dans les domaines électriques et électroniques. À cette fin, et en plus d'autres activités, la CEI publie des normes internationales, des spécifications techniques, des rapports techniques, des spécifications disponibles publiquement (PAS) et des guides (ci-après dénommés [Publication(s) de la CEI"). Leur préparation est confiée à des comités techniques ; tout Comité national de la CEI intéressé par le sujet traité peut participer à ce travail préparatoire. Des organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales en liaison avec la CEI participent également à cette préparation. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation internationale de normalisation (ISO) conformément aux conditions déterminées par un accord entre les deux organisations.
2) Les décisions formelles ou les accords de la CEI sur les questions techniques expriment, autant que possible, un consensus international sur les sujets pertinents, puisque chaque comité technique est représenté par tous les Comités nationaux de la CEI intéressés.
3) Les publications de la CEI ont la forme de recommandations à usage international et sont acceptées par les Comités nationaux de la CEI en ce sens. Bien que tous les efforts raisonnables soient déployés pour garantir que le contenu technique des publications de la CEI soit exact, la CEI ne peut être tenue responsable de la manière dont elles sont utilisées ou de toute mauvaise interprétation par tout utilisateur final.
4) Afin de promouvoir l'uniformité internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer les publications de la CEI de manière transparente dans la mesure du possible dans leurs publications nationales et régionales. Toute divergence entre une publication de la CEI et la publication nationale ou régionale correspondante doit être clairement indiquée dans cette dernière.
5) La CEI ne fournit aucune procédure de marquage pour indiquer son approbation et ne peut être tenue responsable de tout équipement déclaré conforme à une publication de la CEI.
6) Tous les utilisateurs doivent s'assurer qu'ils disposent de la dernière édition de cette publication.
7) Aucune responsabilité ne saurait être imputée à la CEI ou à ses directeurs, employés, préposés ou agents, y compris les experts individuels et les membres de ses comités techniques et les Comités nationaux de la CEI, pour tout dommage corporel, dommage matériel ou autre dommage de quelque nature que ce soit, direct ou indirect, ou pour les coûts (y compris les frais juridiques) et les dépenses découlant de la publication, de l'utilisation ou de la confiance accordée à cette publication de la CEI ou à toute autre publication de la CEI.
8) L'attention est attirée sur les références normatives citées dans cette publication. L'utilisation des publications référencées est indispensable pour l'application correcte de cette publication.
9) Attention est attirée sur la possibilité que certains des éléments de cette publication de l'IEC puissent faire l'objet de droits de brevet. L'IEC ne saurait être tenue pour responsable de l'identification de tous ces droits de brevet.
La norme internationale CEI 60747-9 a été préparée par le sous-comité 47E : Dispositifs semi-conducteurs discrets, du comité technique 47 de l'IEC : Dispositifs semi-conducteurs.
Cette deuxième édition de la CEI 60747-9 annule et remplace la première édition (1998) et son amendement 1 (2001).
Les principaux changements par rapport à l'édition précédente sont énumérés ci-dessous.
a) Le paragraphe 3 a été modifié en ajoutant des termes qui devraient être inclus.
b) Les paragraphes 4 et 5 ont été modifiés en ajoutant et supprimant ce qui devrait être inclus.
c) Les paragraphes 6 et 7 de l'amendement 1 ont été combinés en un seul paragraphe 6 avec des ajouts et des corrections qui devraient être inclus.
d) Le paragraphe 8 de l'amendement 1 a été renuméroté en paragraphe 7. Cette norme doit être lue en conjonction avec la CEI 60747-1.
Le texte de cette norme est basé sur les documents suivants :
|
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 |
Toutes les informations sur le vote pour l'approbation de cette norme se trouvent dans le rapport sur le vote indiqué dans le tableau ci-dessus.
Cette publication a été rédigée conformément aux Directives ISO/CEI, Partie 2.
Une liste de toutes les parties de la série IEC 600747, sous le titre général: 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 , peut être trouvé sur le site web de l'IEC.
Le comité a décidé que le contenu de cette publication restera inchangé jusqu'à la date de résultat de maintenance indiquée sur le site web de l'IEC sous " http://webstore.iec.ch " dans les données relatives à la publication spécifique. À cette date, la publication sera
• confirmée à nouveau,
• retirée,
• remplacée par une édition révisée, ou
• modifié.
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
Cette partie de l'IEC 60747 donne des normes spécifiques aux produits pour la terminologie, les symboles alphabétiques, les caractéristiques et les notations essentielles, la vérification des notations et les méthodes de mesure pour les transistors bipolaires à grille isolée (IGBT).
2 N o r m a t i ve r e f e r e n ces
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, c'est la dernière édition du document de référence (y compris toute modification) qui s'applique.
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 (toutes les parties), 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
Aux fins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3 . 1 G r a ph i ca l sy m bo l o f I G B T
Le symbole graphique tel qu'indiqué ci-dessous est utilisé dans cette édition de l'IEC 60747-9.
Symbole graphique
REMARQUE Seul le symbole graphique pour les IGBT à canal N est utilisé dans cette norme. Il s'applique également à la mesure des dispositifs à canal P. Dans le cas des dispositifs à canal P, la polarité doit être adaptée.
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 ayant un canal de conduction et une jonction PN. Le courant circulant à travers le canal et la jonction est contrôlé par un champ électrique résultant d'une tension appliquée entre la grille et les bornes de l'émetteur
Voir IEV 521-04-05.
REMARQUE Avec une tension collecteur-émetteur appliquée, la jonction PN est polarisée directement.
3 . 2 . 2
N - c h a nn e l I G B T
IGBT qui a un ou plusieurs canaux de conduction de type N
Voir IEV 521-05-06.
3 . 2 . 3
P - c h a nn e l I G B T
IGBT qui a un ou plusieurs canaux de conduction de type P
Voir 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
courant continu qui est commuté (contrôlé) par l'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
pour un IGBT de type N (de type P), la borne vers laquelle le courant collecteur provient (vers laquelle le courant collecteur se dirige) du circuit externe
Voir IEV 521-07-05 et 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
pour un IGBT de type N (de type P), la borne vers laquelle le courant collecteur se dirige (vers laquelle le courant collecteur provient) du circuit externe
Voir 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 auquel une tension est appliquée par rapport au terminal de l'émetteur afin de contrôler le courant du collecteur
Voir 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
tension entre collecteur et émetteur
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
tension collecteur-émetteur à laquelle le courant collecteur a une valeur basse (absolue) spécifiée avec court-circuit grille-émetteur
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
tension de claquage collecteur-émetteur à des valeurs relativement élevées du courant collecteur où la tension de claquage est relativement insensible aux variations du courant collecteur, pour une terminaison spécifiée entre les bornes grille et émetteur
REMARQUE 1 La terminaison spécifiée entre les bornes grille et émetteur est indiquée dans le symbole de lettre par le troisième indice `*`; voir 4.1.2 de l'IEC 60747-7.
REMARQUE 2 Lorsque nécessaire, un qualificatif approprié est ajouté au terme de base pour indiquer une terminaison spécifique entre les bornes grille et émetteur.
Exemple: Tension de maintien collecteur-émetteur avec les bornes grille et émetteur court-circuitées V CESsus . REMARQUE 3 Le terme de base peut être raccourci si la signification est claire à partir du symbole de lettre utilisé. Exemple: Tension de maintien collecteur-émetteur V CERsus .
REMARQUE 4 Ce terme est important pour les dispositifs haute tension, par exemple plus 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
tension entre le collecteur et l'émetteur au-dessus de laquelle le courant du collecteur augmente rapidement, avec la grille court-circuitée
Voir 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
tension entre la grille et l'émetteur
3 . 3 . 7
g a t e - c o ll ec t o r ( d . c . ) v o l t a g e
tension entre la grille et le collecteur
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 )
tension grille-émetteur à laquelle le courant du collecteur a une valeur basse (absolue) spécifiée
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
tension qui peut être appliquée au terminal de grille sans destruction de la couche d'isolation
Voir 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
courant collecteur à une tension collecteur-émetteur spécifique en dessous de la région de claquage et hors état de grille
3 . 3 . 1 1
c o ll ec t o r c u rr e n t
courant à travers le collecteur
3 . 3 . 1 2
t a il c u rr e n t
I C Z
courant collecteur pendant le temps de queue
3 . 3 . 1 3
g a t e l eaka g e c u rr e n t
I G ES
courant de fuite dans la borne de grille à une tension grille-émetteur spécifiée avec la borne collecteur court-circuitée à la borne émetteur
3 . 3 . 1 4
sa f e op e r a t i ng a r ea
SO A
courant collecteur par rapport à la tension émetteur collecteur où l'IGBT est capable de s'allumer et de s'éteindre sans défaillance
3 . 3 . 14 . 1
f o r w a r d b i comme sa f e op e r a t i ng a r ea
F B S O A
courant collecteur par rapport à la tension émetteur collecteur où l'IGBT est capable de s'allumer et d'être en état allumé sans défaillance
3 . 3 . 14 . 2
r eve r se b i comme sa f e op e r a t i ng a r ea
RB S O A
courant collecteur par rapport à la tension collecteur-émetteur où l'IGBT est capable de s'éteindre sans défaillance
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
durée du court-circuit et tension collecteur-émetteur où l'IGBT est capable de s'allumer et de s'éteindre sans défaillance
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
capacité entre les bornes collecteur et émetteur avec la borne de la grille court-circuitée à la borne de l'émetteur pour 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
capacité entre les bornes collecteur et grille
3 . 4 . 4
g a t e c h a r g e
Q G
charge requise pour élever la tension grille-émetteur d'un niveau bas spécifié à un niveau élevé spécifié
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
résistance série interne
3 . 4 . 6
t u r n - on e n e r g y ( p e r pu l se )
E on
dissipation d'énergie à l'intérieur du IGBT pendant la mise en marche d'une seule impulsion de courant collecteur
REMARQUE La dissipation de puissance correspondante à la mise en marche dans des conditions d'impulsions périodiques est obtenue en multipliant E sur
par la fréquence d'impulsion.
3 . 4 . 7
t u r n - o ff e n e r g y ( p e r pu l se )
E o ff
dissipation d'énergie à l'intérieur du IGBT pendant le temps de désactivation plus le temps de queue d'une seule impulsion de courant collecteur
REMARQUE La dissipation de puissance correspondante à la désactivation dans des conditions d'impulsions périodiques est obtenue en multipliant E éteint
par la fréquence d'impulsion.
3 . 4 . 8
t u r n - on d e l ay t i m e
t d ( on ) , t d
REMARQUE Généralement, le temps est mesuré entre des points correspondant à 10 % de l'impulsion d'entrée et de sortie
amplitudes.
3 . 4 . 9
r i se t i m e
t r
intervalle de temps entre les instants où la montée du courant collecteur atteint des limites inférieure et supérieure spécifiées, respectivement, lorsque l'IGBT passe de l'état hors tension à l'état sous tension
REMARQUE Généralement, les limites inférieure et supérieure sont de 10 % et 90 % de l'amplitude de l'impulsion.
3 . 4 . 1 0
t u r n - on t i m e
t on
somme du temps de retard de mise en marche et du temps de montée
3 . 4 . 1 1
t u r n - o ff d e l ay t i m e
t d ( o ff) , t s
intervalle de temps entre la fin de l'impulsion de tension aux bornes d'entrée qui a maintenu l'IGBT dans son état sous tension et le début de la chute du courant collecteur lorsque l'IGBT passe de l'état sous tension à l'état hors tension
REMARQUE Généralement, le temps est mesuré entre des points correspondant à 90 % des amplitudes d'impulsion d'entrée et de sortie.
3 . 4 . 1 2
f a ll t i m e
t f
intervalle de temps entre les instants où la chute du courant collecteur atteint des limites supérieure et inférieure spécifiées, respectivement, lorsque l'IGBT passe de l'état passant à l'état bloqué
REMARQUE Généralement, les limites supérieure et inférieure sont de 90 % et 10 % de l'amplitude de l'impulsion.
3 . 4 . 1 3
t u r n - o ff t i m e
t o ff
somme du temps de retard de blocage et du temps de chute
3 . 4 . 1 4
t a il t i m e
t z
intervalle de temps entre la fin du temps de blocage et l'instant où le courant collecteur est tombé à une valeur spécifiée de 2 % ou moins
4 Le tt e r sy m bo l s
4 . 1 G e n e r a l
Les symboles généraux des lettres pour les IGBT sont définis dans la Clause 4 de l'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 collecteur
E, e émetteur
G, g grille
sat saturation
th seuil
Z, z queue
S terminaison avec court-circuit
R terminaison avec résistance
X terminaison avec tension spécifiée grille-émetteur
sus soutien
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 capacité il 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 Le 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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