절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT): FET 정밀도와 BJT 파워의 결합

절연 게이트 전계 효과 트랜지스터(IGFET)는 게이트가 채널과 절연되어 있어 사실상 무한한 전류 이득을 가집니다. 연속적인 게이트 전류가 필요 없으며, 소자가 온/오프 상태 간 전환 시 게이트-채널 커패시턴스를 충전하고 공핍 영역을 이동시키는 짧은 과도 전류만 필요합니다.

언뜻 보기에는 이 높은 이득이 매우 큰 전류 제어 시 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)보다 IGFET에 명확한 우위를 주는 듯합니다. BJT에서는 컬렉터 전류가 트랜지스터의 β(전류 이득) 인자에 의해 베이스 전류에 연계됩니다. 예를 들어 β가 20인 파워 BJT는 100A 컬렉터 전류를 구동하기 위해 최소 5A의 베이스 전류를 제공해야 합니다 – 소형 개별 또는 집적 회로에서도 상당한 제어 전류입니다.

제어 회로가 있는 트랜지스터

달링턴 쌍을 사용하면 이득을 높일 수 있지만, 동등한 IGFET에 필요한 것보다 베이스 전류가 여전히 더 높습니다. 추가된 복잡성과 전류 소모로 이 솔루션은 고전력 애플리케이션에서 덜 매력적입니다.

달링턴 쌍 예제

IGFET는 완전 포화 시 BJT의 컬렉터-이미터 강하보다 큰 드레인-소스 전압 강하를 겪습니다. 이 추가 전압 강하는 같은 부하 전류에 대해 더 높은 전력 소산으로 이어져 IGFET의 고전력 소자 실용성을 제한합니다. VMOS 트랜지스터 같은 특수 구조가 이 단점을 줄이도록 개발되었지만, BJT는 여전히 매우 높은 전류 스위칭에서 선두입니다.

절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)가 등장합니다. 바이폴라 모드 MOSFET, 전도도 변조 전계 효과 트랜지스터(COMFET), 또는 단순히 절연 게이트 트랜지스터(IGT)로도 알려진 IGBT는 본질적으로 IGFET의 고이득, 게이트 제어 로직과 BJT의 낮은 전압 강하, 높은 전류 처리 능력을 결합합니다.

회로도 심볼 및 등가 회로

이 아키텍처에서 IGFET이 BJT의 베이스를 구동합니다. 게이트는 제어 회로에서 사실상 전류를 끌어오지 않으면서, BJT가 컬렉터와 이미터 사이에서 메인 부하 전류를 전달합니다. 결과는 기존 BJT와 맞는 컬렉터-이미터 전압 강하와 결합된 극도로 높은 전체 전류 이득입니다.

그러나 IGBT도 트레이드오프가 있습니다. 턴오프 시간은 일반적으로 표준 BJT보다 느려 고속 스위칭 애플리케이션에서 치명적일 수 있습니다. 더 빠른 턴오프를 달성하려면 종종 컬렉터-이미터 간 더 높은 포화 전압 강하를 대가로 치러야 합니다. 그럼에도 많은 고전력 제어 작업에서 IGBT의 낮은 전압 강하와 높은 전류 이득의 조합은 IGFET과 BJT 양쪽 대비 매력적인 대안을 제공합니다.

관련 워크시트:

• 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 워크시트