绝缘栅双极晶体管的应用

　　 智能绝缘栅双极晶体管技术允许将一个绝缘栅双极晶体管的电源级和下列信号元器件集成在一起：N沟道MOS增强型晶体管、多晶硅电阻器、多晶硅二极管、灵敏型绝缘栅双极晶体管、高压-电阻。

图1， 条状绝缘栅双极晶体管剖面图

　　这项智能技术采用与标准绝缘栅双极晶体管 的生产过程，光刻使用的掩模数量也 。功
率级采用一个纵向条状绝缘栅双极晶体管，这项技术保证通态压降极低，闩锁防护性能增强。如图1 ，在p+基片和N-漂移区 引入一个N+缓冲层，形成一个通孔绝缘栅双极晶体管。在 一个结构中， 前向模块功能， 缩小N-漂移区， N+缓冲层提高了前向模块的功能。结果， 降低通态压降。

图2，N沟道场效应MOS晶体管剖面图

　　信号N沟道场效应MOS晶体管是横向扩散模式增强型晶体管。栅氧化物和多晶硅与电源级和漏极 ，源极离子注入是透过绝缘栅双极晶体管的源极注入实现的。在整个芯片上，沟长是恒定的，通过改变周长数值， 不同的额定电流。晶体管的体和源极 短接在一起，而且，体与绝缘栅双极晶体管的管体电气 ， ，使用场效应MOS晶体管的通用源极结构。

图3，多晶硅电阻器剖面图

　　关于多晶硅元器件，p+掺杂多个条状物构成了电阻器，温度变化几乎不会影响条状物的特性。此外， 触点实现，p+掺杂条的性能优于n+掺杂条。
图4，热传感器剖面图

　　多晶硅二极管是通过n+ p+掺杂多晶硅条实现的p-n结，这些元器件用于集成几种结构：
　　(1)集电极-发射极钳位电路，把电源级的集电极-发射极电压固定在一个指定的值。 保护基片-n-漂移区结， 电压值 明显低于这两层的厚度以及掺杂确保的击穿电压；
　　(2)静电放电保护电路，保护器件氧化物，防止电压火花；
　　(3)热敏二极管： 其前向电压与温度的关联关系，热敏二极管 感应到内部结温。
　　基于绝缘栅双极晶体的电子点火
　　1，应用概述

图5，电子点火电路及波形

　　电子点火电路（图5）用于在内燃机产生火花，以点燃汽车每个气缸内的空气和燃油混合气。应用最 的拓扑是感应式放电点火（IDI）； 运转速度很高的发动机，还须使用 拓扑（比标准电感放电更 、昂贵）。

图6，ST智能绝缘栅双极晶体管框图

　　2，绝缘栅双极晶体管电源级优势
　　绝缘栅双极晶体管是满足新型电子点火需求的理想器件， 器件融一个场效应MOS器件的输入驱动和一个双极器件的大电流功能于一体。

图7，热关机特性

　　与双极结构 ，绝缘栅双极晶体管的优点是：
　　- 在硅面积 的条件下，电流 能力高于双极型晶体管；
　　- 电压控制型输入驱动器：在降低电源损耗 ，系统结构更加简单；
　　-内置电源反向保护： 固有的 P+/N+/N/P结构，形成一个二极管串联电路，当电池意外反接时， 防止电源器件发生故障。
　　3，智能电源 方案
　　ST的智能绝缘栅双极晶体管是一个三引脚器件，特别适合电子点火应用： 一个器件与电源集成在一起，功能如下。
　　过流防护 灵敏型绝缘栅双极晶体管产生一个与主电流 的电流，电流强度大小在内部与一个已知因素成比例，这一特性有益于监测负载电流。 功能通过限制电流 防护过负载。
　　热保护 过热防护功能 动态地对主绝缘栅双极晶体管的栅级施加偏压，以便在内部温度阈值达到一个固定值时降低负载电流

图8，击穿控制系统
功能叫做“软热关机”：集电极电流并没有关断，只是根据内部结温降低了强度。
　　集电极击穿控制 防止产生无用的火花，特别是在限流和热保护期间，内部控制电路 提高器件瞬态响应， 集电极振荡（在关断期间除外），使被驱动气缸正常工作（图6）。
　　这些器件 为恶劣的汽车环境设计： 承受ISO 7631规定的脉冲。 在器件处于接通 时 峰压，负载电流 会很大 ； 极大的功耗，电源级 会断电。在图7中， 不难发现，在承受70V恒定电源时，单片智能绝缘栅双极晶体管是如何表现的。

图9，负载释放－特性

　　图9描述一个单脉冲70V测试，大气空气条件，器件采用TO-220封装：开始测试时，内部结温接近环境温度，负载电流数值很大。内部温度一升高，热保护功能就开始调制绝缘栅双极晶体管的栅极，对负载电流施加限制，及时地保护电源级。

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