Komponenty výkonové elektrotechniky

Transkript

1 Komoety výkoové elektrotechky

2 Osovy ředášek: Úvod do roblematky Výkoové dody Proudem řízeé součástky (výkoové trazstory, tyrstory) Moderí součástky tyrstorového tyu (GTO, IGCT, TT) Naěťove řízeé součástky (MOSFET, IGBT) Výkoové tegrovaé obvody a moduly (PIC, IPM) Chlazeí a roudová zatížtelost součástek Pouzdra a chladče výkoovych součástek Přeěťové a adroudové ochray Pasví součástky rezstory a kaactory Idukčost a trasformátory Kabely a vedeí, sojovací vodče Podmíky solehlvého rovozu teratura:. Beda, V., Paež, V. Výroba sloroudých zařízeí II. Praha: ČVUT.. Beda, V., Gowar,., Grat, G. A.: Power Semcoductor evces.

3 Základí vlastost olovodčů Volé osče áboje - elektroy -e m, - díry e m V termodyamcké rovováze latí Kocetrace osčů je možo vyjádřt omocí Fermho eerge W F

4 dotace doory ty N dotace akcetory ty P komezovaý olovodč, obsahující doory akcetory ty N ty P

5 N - slě dotovaý (degeerovaý) olovodč tyu N N - olovodč tyu N - dotovaý (edegeerovaý), ν - málo dotovaý olovodč tyu N (začí se takén - ), I - trscký (vlastí) olovodč, π - málo dotovaý olovodč tyu P (začí se takép - ), P - olovodč tyu P - dotovaý (edegeerovaý), P - slě dotovaý olovodč tyu P (degeerovaý).

6 Koduktvta olovodčů Nosče áboje mají termckou rychlost v th Pokud je řložeo elektrcké ole, volé osče jsou urychlováy Polovodčem rochází roud o hustotě Koduktvta γ je vyjádřea V oblast běžých rovozích telot olovodčových součástek ohyblvost klesá s rostoucí telotou, µ ~ T -r tedy odor s rostoucí telotou roste U křemíku je 3/ < r < 5/

7 V termodyamcké rovováze rovovážé kocetrace elektroů děr Př ůsobeí vějších sl dochází ke zvýšeí kocetrace osčů, takže bude termodyamcká rovováha arušea, se azývají kocetrace erovovážých osčů. obvykle latí W ( () )( () ) ex P P

8 Rekombace erovovážých osčů d dt rec doba žvota osčů (erovovážých) zářvá rekombace r C r N Augerova rekombace A A C A C Au N Rekombace omocí lokálích ceter t C N t t Výsledá doba žvota osčů r A t

9 IFÚZE A RIFT NEROVNOVÁŽNÝCH NOSIČŮ Pokud v olovodč exstuje gradet kocetrace osčů, dochází k dfúz S dfúzím tokem ábojů je sojea hustota roudu fúzí koefcety Pokud zároveň ůsobí el. ole, dochází rovež k drftu (ohybu vlvem el. ole) erovovážých osčů. Celkový roud je součtem roudu dfúzího a drftového. Celková hustota roudu

10 ROVNICE KONTINUITY Změy kocetrace osčů - vlvem dfúze a drftu - vlvem geerace a rekombace Časová zmea kocetrace osčů je odle II.Fckova zákoa (o dolěí o čley vyjadřující geerac a rekombac) dáa vztahy V jedorozměrém říadě (ro G ) Po zjedodušeí (aroxmace) ou aroxmací je rovce ábojové blace, která v tegrálí formě vyjadruje časovou zmeu celkového áboje erovovážých osčů ve vyšetřovaé oblast

11 POOVOIČE S NEHOMOGENNÍ OTACÍ Poloha Fermho eerge W F kocetrac říměsí v zakázaém ásu závsí a estlže se měí kocetrace říměsí s rostorovou souřadcí, měí se rověž otecálí eerge volých osčů áboje U olovodče tyu P Vtří elektrcké ole vzká rověž ř orušeí elektroeutralty Pokud exstuje vtří elektrcké ole, mohou astat odchylky od Ohmova zákoa

12 VASTNOSTI PŘECHOU PN Na řechodu PN vzká eerg. baréra df U dff l e Pokud je a oblast tyu N řložeo záoré aětí, eergetcká baréra se síží a hodotu e(udf U) V tyu P a P V tyu N a N P P () P ex ( () )( () ) ex P Pro << P ( ) Pak latí v tyu P V tyu N latí ( ) P ex N ex

13 Elektroy oblast tyu P dfudují směrem od řechodu PN, a řtom v oblast tyu P rekombují, rychlost rekombace je charakterzováa dobou žvota elektroů V jedorozměrém říadě a ustáleém stavu ( / t ) je ak x d d ( ) v tyu P, ro eomezeou tloušťku oblast tyu P je řešeím x x ( ) ( )ex, hustota roudu elektroů d ) d( x x e d ) d( ξ ξ e hustota roudu děr v tyu N ex N P e ex ex N P e dfúzí délka

14 Shockleyho aroxmace ex Vříadě U > je řechod PN olarzová roustě a roudová hustota rychle roste s rostoucím aětím. e-l U >> /e (/e 6 mv ř T 3 K), je ex(/) >>, hustotu roudu lze vyjádřt Vříadě závěré olarzace U < ; okud U >> /e, je ex(/) << a hustota roudu je ex e

15 Nelze-l tloušťku d oblast rostorového áboje zaedbat, je třeba uvažovat geerac árů elektro -díra v této oblast. Rychlost geerace osčů, G sc V oblast rostorového áboje je tak geerová roud o hustotě Hustotu geeračě-rekombačího roudu gr aroxmovat vztahem. gr lze ed ( U ) ex sc α gr e d Gdx α Celková hustota roudu řechodem PN je ak dáa vztahem Geeračě-rekombačí roud je tvoře majortím osč ed( U ) e ex ex sc α

16 Ijekčí účost řechodu - oměr hustoty roudu řeášeé jedím tyem osčů (, ) ) a celkové roudové hustoty elektroová jekčí účost ~ γ děrová jekčí účost ~ γ U e d e e sc α γ ex ) ( ex ex ~ ex ex ~ N P e e γ Shockeyho model Reálý řechod PN

17 Proustá V-A charakterstka I. 3/e < U < /e výrazá G-R složka roudu, jekčí účost řechodu PN malá (blízká ule) F ed( U ) ex sc α II. U 5/e N >> P, je ~γ ( ~γ ). P >> N F ~γ ex III. Oblast vysoké jekce

18 Závěrá charakterstka Pro U R << U BR Shockley R e Reálá chrakterstka R ( U ) e ed( U ) sc Pro U R U BR estlže závěré aětí výrazě vzroste, v oblast rostorového áboje dochází k lavovému jevu ( R U ) R M R Multlkačí čtel M U U R BR κ 3 < κ < 6