Técnica de inyección actual

La técnica de inyección de corriente es una técnica desarrollada para reducir el transitorio de conmutación de apagado de dispositivos semiconductores bipolares de potencia . Fue desarrollada y publicada por el Dr. S. Eio de la Universidad de Staffordshire ( Reino Unido ) en 2007.

El transitorio de conmutación de apagado de los dispositivos semiconductores bipolares de potencia basados ​​en silicio , causado por la carga almacenada en el dispositivo durante el estado de conducción directa, limita la velocidad de conmutación del dispositivo, lo que a su vez limita la eficiencia de la aplicación en la que se utiliza.

Se han utilizado diferentes técnicas, como el control de la vida útil de los portadores , la eficiencia de inyección y los dispositivos de capa amortiguadora, para minimizar el transitorio de conmutación de apagado, pero todas dan como resultado una compensación entre la pérdida en estado ON y la velocidad de conmutación.

La técnica de inyección de corriente analizada en las publicaciones del Dr. Eio optimiza el transitorio de conmutación de diodos de potencia , tiristores y transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) sin necesidad de modificar la estructura de estos dispositivos. Para implementar la técnica de inyección de corriente, se desarrolló un circuito de inyección de corriente cuyos resultados indican que la inyección de una corriente adicional durante su transitorio de conmutación puede reducir la carga de recuperación inversa de un diodo de potencia y un tiristor determinados , y también reducir la corriente de cola de los transistores bipolares de puerta aislada .

Los resultados experimentales prácticos en diodos y tiristores demostraron que la amplitud de la corriente inyectada requerida es proporcional a la corriente de recuperación inversa máxima y probaron que estos dispositivos experimentan un aumento momentáneo en la recombinación de portadores de corriente durante la inyección de la corriente adicional. Esto ayuda a evitar que el dispositivo conduzca una gran corriente negativa, lo que a su vez reduce su carga de recuperación inversa y su tiempo de recuperación inversa. Los resultados obtenidos de experimentos con transistores bipolares de puerta aislada mostraron una reducción significativa en el tiempo en que la corriente cae a cero cuando se inyectó una corriente opuesta en el dispositivo durante su transitorio de apagado. Resultados de simulación adicionales de modelado numérico mostraron que la corriente opuesta inyectada aumenta temporalmente la recombinación en el dispositivo y, por lo tanto, reduce los portadores de exceso extraídos que se almacenan dentro del dispositivo.

Para evitar la conmutación del circuito y la unión entre el circuito de inyección de corriente y el circuito de prueba principal al que está conectado el dispositivo bajo prueba (DUT), se desarrolló un circuito no invasivo para acoplar magnéticamente los dos circuitos.

En resumen, la técnica de inyección de corriente permite utilizar dispositivos con baja caída de tensión directa en aplicaciones de alta frecuencia. Esto también implica un menor coste de los dispositivos, ya que se requieren menos pasos de procesamiento durante las etapas de fabricación, lo que reduce la necesidad de técnicas de control de la vida útil de los portadores. Esto elimina la necesidad de que el dispositivo semiconductor utilizado en el circuito de inyección de corriente tenga una alta tensión de ruptura y, además, proporciona aislamiento eléctrico. La aplicación típica de esta técnica en un circuito de conmutación de carga inductiva mostró una reducción significativa en la corriente de cola de los transistores bipolares de puerta aislada , así como en el tiempo de recuperación inversa y la carga del diodo de libre circulación utilizado.

Notas

• S. Eio., N. Shammas., “Reducción de la corriente de cola del IGBT mediante inyección de corriente”, 43.ª Conferencia Internacional de Ingeniería de Potencia de Universidades, Padua, Italia, 1-4 de septiembre de 2008.
• S. Eio., N. Shammas., “Un circuito chopper con técnica de inyección de corriente para aumentar la frecuencia de operación”, IX Seminario Internacional sobre Semiconductores de Potencia, Praga, República Checa, 27-29 de agosto de 2008.
• S. Eio., N. Shammas., “Transitorio de conmutación de diodos de potencia”, 41.ª Conferencia Internacional de Ingeniería de Potencia de Universidades, Newcastle, Reino Unido, 6-8 de septiembre de 2006, Volumen 2, págs. 564-568, Identificador de objeto digital 10.1109 / UPEC.2006.367541
• N. Shammas, S. Eio, «Una nueva técnica para reducir la carga de recuperación inversa de un diodo de potencia», XII Congreso Europeo de Electrónica de Potencia y Aplicaciones, EPE 2007, Aalborg, Dinamarca, 2-5 de septiembre de 2007, págs. 1-8, Identificador de objeto digital 10.1109 / EPE.2007.4417713
• N. Shammas, S. Eio, “Una técnica novedosa para reducir la carga de recuperación inversa de un tiristor de potencia”, 42.ª Conferencia Internacional de Ingeniería de Potencia de Universidades, Brighton, Reino Unido, 4-6 de septiembre de 2007, págs.  1222-1227, Identificador de objeto digital 10.1109 / UPEC.2007.4469126
• N. Shammas, S. Eio y D. Chamund, “Dispositivos semiconductores y su uso en aplicaciones de electrónica de potencia”, Academia y Sociedad Científica y de Ingeniería Mundial, Venecia, Italia, 21-23 de noviembre de 2007.
• N. Shammas, S. Eio, S. Nathan, K. Shukry, D. Chamund, “Aspectos térmicos de dispositivos y sistemas semiconductores de potencia”, VII Conferencia sobre problemas térmicos en electrónica, MicroTherm'07, 24-28 de junio de 2007, Lodz, Polonia.