Igbt

IGBT to krótka forma tranzystora bipolarnego z izolowaną bramką, będącego połączeniem tranzystora bipolarnego złączowego (BJT) i tranzystora polowego z tlenkiem metalu (MOS-FET). Jest to urządzenie półprzewodnikowe używane do przełączania powiązanych aplikacji.

Ponieważ IGBT jest połączeniem MOSFET-u i tranzystora, ma zalety obu tranzystorów i MOSFET-u. MOSFET ma zalety dużej szybkości przełączania z wysoką impedancją, az drugiej strony BJT ma zalety dużego wzmocnienia i niskiego napięcia nasycenia, oba są obecne w tranzystorze IGBT. IGBT jest półprzewodnikiem sterowanym napięciem, który umożliwia duże prądy kolektora-emiter z prawie zerowym prądem bramki.

Jak wspomniano, IGBT ma zalety zarówno MOSFET, jak i BJT, IGBT ma izolowaną bramkę, taką samą jak typowe tranzystory MOSFET i taką samą charakterystykę transferu wyjściowego. Chociaż BJT jest urządzeniem sterowanym prądem, ale w przypadku IGBT sterowanie zależy od MOSFET-u, a zatem jest to urządzenie sterowane napięciem, odpowiednik standardowych tranzystorów MOSFET.

Obwód i symbol odpowiednika IGBT

Na powyższym obrazku pokazano równoważny obwód IGBT. To ta sama struktura obwodu, co w tranzystorze Darlington, w którym dwa tranzystory są połączone dokładnie w ten sam sposób. Jak widać na powyższym obrazku, IGBT łączy dwa urządzenia, N-kanałowy MOSFET i tranzystor PNP. MOSFET z kanałem N steruje tranzystorem PNP. Standardowe wyprowadzenia BJT obejmują kolektor, emiter, podstawę, a standardowe wyprowadzenia MOSFET obejmują bramkę, dren i źródło. Ale w przypadku pinów tranzystora IGBT jest to bramka, która pochodzi z N-kanałowego MOSFET-a, a kolektor i emiter pochodzą z tranzystora PNP.

W tranzystorze PNP kolektor i emiter są ścieżką przewodzenia i po włączeniu tranzystora IGBT są przewodzone i przenoszą przez niego prąd. Ta ścieżka jest kontrolowana przez MOSFET z kanałem N.

W przypadku BJT obliczamy zysk, który jest oznaczany jako Beta (

Na powyższym obrazku pokazano symbol IGBT. Jak widać, symbol obejmuje część emitera kolektora tranzystora i część bramki MOSFET. Trzy terminale są pokazane jako bramka, kolektor i emiter.

Kiedy w prowadzeniu lub włączony „ ON tryb” przepływ prądu od kolektora do emitera. To samo dzieje się z tranzystorem BJT. Ale w przypadku IGBT zamiast podstawy jest bramka. Różnica między napięciem bramki do emitera jest nazywana Vge, a różnica napięcia między kolektorem a emiterem nazywa się Vce.

Prąd emitera (Ie), jest prawie taki sam jak prąd kolektora (Ic), Ie = Ic. Ponieważ przepływ prądu jest stosunkowo taki sam w kolektorze i emiterze, Vce jest bardzo niskie.

Dowiedz się więcej o BJT i ​​MOSFET tutaj.

Zastosowania IGBT:

IGBT jest używany głównie w aplikacjach związanych z zasilaniem. Standardowe tranzystory BJT mają bardzo powolną odpowiedź, podczas gdy tranzystory MOSFET są odpowiednie do aplikacji szybkiego przełączania, ale MOSFET jest kosztownym wyborem, gdy wymagany jest wyższy prąd znamionowy. IGBT nadaje się do wymiany tranzystorów mocy BJT i ​​tranzystorów MOSFET mocy.

Ponadto IGBT oferuje niższą rezystancję „ włączenia ” w porównaniu z BJT, a dzięki tej właściwości IGBT jest wydajny termicznie w zastosowaniach związanych z dużą mocą.

Zastosowania IGBT są rozległe w dziedzinie elektroniki. Ze względu na niską rezystancję, bardzo wysoki prąd znamionowy, dużą prędkość przełączania, napęd bramki zerowej, IGBT są stosowane w sterowaniu silnikiem dużej mocy, falownikach, zasilaczach impulsowych z obszarami przetwarzania wysokiej częstotliwości.

Na powyższym obrazku podstawowa aplikacja przełączająca jest pokazana przy użyciu IGBT. RL, to obciążenie rezystancyjne połączone w poprzek IGBT emiterem do masy. Różnica napięcia na obciążeniu jest oznaczona jako VRL. Obciążenie może być również indukcyjne. A po prawej stronie pokazano inny obwód. Obciążenie jest połączone przez kolektor, gdzie rezystor ochrony prądowej jest podłączony do emitera. Prąd będzie płynął z kolektora do emitera w obu przypadkach.

W przypadku BJT musimy zapewnić stały prąd przez podstawę BJT. Ale w przypadku IGBT, tak samo jak MOSFET, musimy zapewnić stałe napięcie na bramce, a nasycenie jest utrzymywane w stanie stałym.

W lewym przypadku różnica napięć VIN będąca różnicą potencjałów wejścia (bramki) z masą / VSS steruje prądem wyjściowym płynącym z kolektora do emitera. Różnica napięcia między VCC i GND jest prawie taka sama w całym obciążeniu.

W obwodzie prawostronnym prąd płynący przez obciążenie uzależniony jest od napięcia podzielonego przez wartość RS.

I _RL2 = V _IN / R _S

IGBT (IGBT) można włączyć „ ON ” i „ OFF ” poprzez aktywację bramę. Jeśli sprawimy, że bramka będzie bardziej dodatnia, przykładając napięcie do bramki, emiter IGBT utrzyma IGBT w stanie „ ON ”, a jeśli ustawimy bramkę na ujemne lub zerowanie, IGBT pozostanie w stanie „ OFF ”. Działa tak samo jak przełączanie BJT i ​​MOSFET.

Charakterystyka krzywej IGBT IV i przenoszenia

Na powyższym obrazku charakterystyka IV jest pokazana w zależności od różnych napięć bramki lub Vge. Osi X oznacza kolektor-emiter lub Vce a oś Y oznacza prądu kolektora. W stanie wyłączenia prąd przepływający przez kolektor i napięcie bramki wynosi zero. Kiedy zmieniamy Vge lub napięcie bramki, urządzenie przechodzi do obszaru aktywnego. Stabilne i ciągłe napięcie na bramce zapewnia ciągły i stabilny przepływ prądu przez kolektor. Wzrost Vge proporcjonalnie zwiększa prąd kolektora, Vge3> Vge2> Vge3. BV to napięcie przebicia IGBT.

Ta krzywa jest prawie identyczna z krzywą przenoszenia IV BJT, ale tutaj pokazano Vge, ponieważ IGBT jest urządzeniem sterowanym napięciem.

Na powyższym obrazku pokazano charakterystykę transferu IGBT. Jest prawie identyczny z PMOSFETem. IGBT przejdzie do stanu „ ON ”, gdy Vge przekroczy wartość progową w zależności od specyfikacji IGBT.

Oto tabela porównawcza, która da nam jasny obraz różnicy między IGBT a tranzystorami POWER BJT i tranzystorami MOSFET.

Charakterystyka urządzenia	IGBT	MOSFET mocy	POWER BJT
Napięcie znamionowe
Aktualna ocena
Urządzenie wejściowe
Impedancja wejściowa
Impedancja wyjściowa
Szybkość przełączania
Koszt

W następnym filmie zobaczymy obwód przełączający tranzystora IGBT.