Схема igbt транзистора: Что такое IGBT транзистор? | ASUTPP

Что такое IGBT транзистор? | ASUTPP

Практически любой современный человек по крайней мере слышал о том, что в различных электронных и электротехнических устройствах широко используются транзисторы. Специалистам по электронике известно, что транзисторы делятся на биполярные и полевые. Основное отличие между ними заключается в том, что биполярные транзисторы управляются током, который подается в их базу, тогда как полевые – напряжением, потенциал которого прикладывается к затвору этих элементов.

Существует также еще одна разновидность транзисторов, которая была разработана в конце 70-х гг. прошлого столетия и называется IGBT. Этот полупроводниковый прибор объединяет основные характерные черты биполярного и полевого транзисторов: по структуре он соответствует биполярному прибору, но управляется напряжением. Это интересное свойство достигнуто за счет того, что затвор как управляющий электрод выполнен изолированным.

Структура IGBT-транзистора

С точки зрения своего внутреннего устройства IGBT-транзистор выполнен как составная структура и представляет собой комбинацию полевого и биполярного транзисторов. Биполярная часть структуры берет на себя силовые функции, тогда как полевой элемент реализует функции управления. От биполярного элемента заимствованы наименования двух электродов: коллектор и эмиттер, а по полевому – управляющий электрод называется затвором.

Оба основных блока структуры образуют единое целое и соединены между собой так, как это показано на рисунке 1. Из него следует, что IGBT-транзистор можно рассматривать развитие известной схемы Дарлингтона, реализуемой из двух биполярных транзисторов.

Рисунок 1. Эквивалентная схема IGBT-транзистора

Рисунок 1. Эквивалентная схема IGBT-транзистора

Преимущества

Применяемая в IGBT-элементах схема взаимодействия его основных блоков позволяет устранить один из главных недостатков мощного биполярного транзистора: относительно небольшой коэффициент усиления по току. Тем самым при построении ключевых элементов существенно снижается требуемая мощность управляющих цепей.

Применение в IGBT-транзисторе в качестве силой части биполярной структуры устраняет эффект насыщения, что заметно увеличивает ее быстродействие. Одновременно увеличивается максимальное рабочее напряжение и снижаются потери мощности в открытом состоянии. Наиболее совершенные элементы этой разновидности коммутируют токи в сотни ампер, а рабочее напряжение достигает нескольких тысяч вольт при частотах срабатывания вплоть до нескольких десятков кГц.

Исполнение и область применения IGBT-транзистора

По своему исполнению, как это следует из рисунка 2, IGBT-транзистор имеет традиционную конструкцию, поддерживает прямой монтаж на радиатор, а также не требует изменения конструкции и технологии монтажа схем силовой электроники.

Рисунок 2. Исполнение IGBT-транзистора

Рисунок 2. Исполнение IGBT-транзистора

Само собой разумеется, что IGBT-транзисторы можно включить в состав модулей. Пример одного из них показан на рисунке 3.

Рисунок 3. IGBT-модуль

Рисунок 3. IGBT-модуль

Фокусными областями применения IGBT-транзистора считаются:

• источники импульсного типа питания постоянным током;
• системы управления электрическими приводами;
• источники сварочного тока.

Наряду с источниками обычного и бесперебойного питания различной техники IGBT-транзисторы привлекательны для электротранспорта, т.к. позволяют добиться высокой точности регулирования тягового усилия и устраняют характерные для систем с механическим управлением рывки при движении.

MOSFET ТРАНЗИСТОРЫ ПРОТИВ IGBT

Когда дело доходит до импульсных преобразователей, оба типа транзисторов имеют свои преимущества и недостатки. Но какой из них лучше для данного устройства? В этой статье сравним MOSFET с модулями IGBT чтобы понять, что и где лучше ставить. 

Предполагается что в схемах с низким напряжением, низким током, но высокой частотой переключения, предпочтительно использовать полевые транзисторы (MOSFET), а в схемах с высоким напряжением, высоким током, но с низкой частотой — лучше IGBT. Но достаточно ли такой общей классификации? У каждого есть свои дополнительные предпочтения в этом отношении и правда в том, что не существует общего, жесткого стандарта, который позволял бы оценивать параметры данного элемента с точки зрения его использования в импульсных преобразователях. Все зависит от конкретного применения и широкого спектра факторов, таких как частота переключения, размер, стоимость и т. д. Поэтому, вместо того чтобы пытаться решить какой элемент лучше, нужно внимательно изучить различия между этими деталями. 

Кратко о MOSFET

MOSFET — это управляемый переключатель с тремя контактами (затвор, сток и исток). Сигнал затвора (управления) подается между затвором и истоком, а контактами переключения являются сток и исток. Сам затвор выполнен из металла и отделен от истока оксидом металла в качестве диэлектрика. Это позволяет снизить энергопотребление и делает этот транзистор отличным выбором для использования в качестве электронного переключателя или усилителя в схеме с общим истоком.  

Для правильной работы МОП-транзисторы должны поддерживать положительный температурный коэффициент. Потери во включенном состоянии малы и теоретически сопротивление транзистора в этом состоянии не ограничено — может быть близко к нулю. Кроме того, поскольку МОП-транзисторы могут работать на высоких частотах, они могут работать в устройствах с быстрым переключением и с низкими потерями на переключение.

Существует много различных типов МОП-транзисторов, но наиболее сопоставимыми с IGBT являются мощные MOSFET. Они специально разработаны для работы со значительными уровнями мощности и используются чаще всего только во включенном или выключенном состояниях, что делает их наиболее используемым ключом для низковольтных схем. По сравнению с IGBT, мощные полевые МОП-транзисторы имеют преимущества — более высокую скорость коммутации и более высокую эффективность при работе при низких напряжениях. Более того, такая схема может выдерживать высокое напряжение блокировки и поддерживать высокий ток. Это связано с тем что большинство мощных МОП-структур являются вертикальными (а не плоскими). Номинальное напряжение является прямой функцией легирования и толщины эпитаксиального слоя с примесью N-типа, а ток зависит от ширины канала (чем шире канал, тем выше ток).

Кратко о IGBT

Модуль IGBT также является полностью управляемым коммутатором с тремя контактами (затвор, коллектор и эмиттер). Его управляющий сигнал подается между затвором и эмиттером и нагрузкой между коллектором и эмиттером. 

IGBT сочетает в себе простые характеристики управления затвором, как в транзисторе MOSFET, с сильноточным характером биполярного транзистора с низким напряжением насыщения. Это достигается с помощью изолированного полевого транзистора для управляющего входа и биполярного силового транзистора в качестве сильноточного ключа. 

Модуль IGBT специально разработан для быстрого включения и выключения. Фактически частота повторения импульсов достигает УЗ диапазона. Эта уникальная способность делает IGBT часто используемыми в усилителях класса D для синтеза сложных сигналов с широтно-импульсной модуляцией и фильтрами нижних частот. Они также используются для генерации импульсов большой мощности в таких областях, как физика элементарных частиц и плазма, а также играют важную роль в современных устройствах — электромобили, электровелосипеды, поезда, холодильники с регулируемой скоростью вращения компрессора, кондиционеры и многое другое. 

Сравнение IGBT с MOSFET

Структуры обоих транзисторов очень похожи друг на друга. Что касается протекания тока, важным отличием является добавление слоя подложки P-типа под слой подложки N-типа в структуре модуля IGBT. В этом дополнительном слое дырки вводятся в слой с высоким сопротивлением N-типа, создавая избыток носителей. Это увеличение проводимости в N-слое помогает уменьшить общее напряжение во включенном состоянии в IGBT-модуле. К сожалению, это также блокирует поток электроэнергии в обратном направлении. Поэтому в схему добавлен специальный диод, который расположен параллельно с IGBT чтобы проводить ток в противоположном направлении. 

MOSFET может переключаться на более высоких частотах, однако есть два ограничения: время переноса электронов в области дрейфа и время, необходимое для зарядки / разрядки входного затвора и его емкости. Тем не менее эти транзисторы, как правило, достигают более высокой частоты переключения, чем модули IGBT.

Подведем итог

Многие из вышеупомянутых фактов касаются исторической основы обоих устройств. Достижения и технологические прорывы в разработке нового оборудования, а также использование новых материалов, таких как карбид кремния (SiC), привели к значительному улучшению производительности этих радиодеталей за последние годы. 

МОП-транзистор: 

• Высокая частота переключения.
• Лучшие динамические параметры и более низкое энергопотребление драйвера.  
• Более низкая емкость затвора.
• Более низкое термосопротивление, которое приводит к лучшему рассеиванию мощности.
• Более короткое время нарастания и спада, что означает способность работать на более высоких частотах.

IGBT модуль: 

• Улучшенная технология производства, которая приводит к снижению затрат.
• Лучшая устойчивость к перегрузкам.
• Улучшенная способность распараллеливания схемы.
• Более быстрое и плавное включение и выключение.
• Снижение потерь при включении и при переключении.
• Снижение входной мощности.

В любом случае модули MOSFET и IGBT быстро заменяют большинство старых полупроводниковых и механических устройств, используемых для управления током. Силовые устройства на основе SiC демонстрируют такие преимущества как меньшие потери, меньшие размеры и более высокая эффективность. Подобные инновации будут продолжать расширять пределы использования MOSFET и IGBT транзисторов для схем с более высоким напряжением и большей мощностью.

   Форум по теории электроники

   Форум по обсуждению материала MOSFET ТРАНЗИСТОРЫ ПРОТИВ IGBT

Схема УНЧ на псевдо IGBT-транзисторах | Микросхема

Рад приветствовать всех любителей радиоэлектроники и радиотехники. Для начала хочу поблагодарить всех постоянных посетителей и читателей сайта за полезные и нужные советы, за ту неоценимую помощь, которую вы оказываете начинающим радиолюбителям и в целом всему сообществу электронщиков. Наша площадка стала хорошим форумом для обсуждения электротехнических вопросов, возникающих в ходе конструирования различных приборов, устройств и аппаратов. В дальнейшем планируется модернизация сайта с целью повышения удобства поиска, использования и публикации материалов, ведения дискуссий, а также наполнение новыми, актуальными схемами и конструкциями.

Сегодня предлагаю всем любителям УНЧ и звукотехники на тестирование и обсуждение схему УНЧ на псевдо IGBT транзисторах. Почему на «псевдо»? Ответим на этот вопрос и одновременно на комментарий уважаемого радиолюбителя так. IGBT-транзистор сам по себе представляет некий гибрид полевого и биполярного транзисторов. Дословно на русский язык эта аббревиатура переводится, как «биполярный транзистор с изолированным затвором». Основное применение IGBT, для чего, собственно, они и разрабатывались, нашли в силовой электронике. Это, однако, не означает того, что их вовсе нельзя использовать в усилительной аппаратуре. Можно. Но все дело упирается в качественной составляющей таких усилителей. Как говорится, Hi end усилитель не собрать! Впрочем, это не мешает прагматичным немцам «впаривать» свои разработки на специально разработанных IGBT транзисторах за бешеные деньги под видом усилителей класса Hi-End (в авторской публикации названа цена в 200 000 долларов!). Однако, если изучить характеристики таких транзисторов, имеющихся в продаже, можно сделать вывод, что ни один из них для высококачественного воспроизведения звука не подходит. Все-таки сказывается их основное предназначение. Так вот, непосредственно сами IGBT использовать в Hi-End классе нельзя, но можно найти им отличную замену.

В данном варианте УМЗЧ роль псевдо IGBT отводится общеизвестной комбинации из составного транзистора Дарлингтона с полевым транзистором на входе. Ведь это, по сути, тот же IGBT-транзистор, только выполненный на двух кристаллах, но с очень хорошими характеристиками с точки зрения звуковоспроизведения. Так автором (А.Шедный, город Омск) была разработана схема УМЗЧ, изображенная на рисунке ниже. За что ему огромное спасибо.

Техническая характеристика УЗЧ

По схемотехническому исполнению УЗЧ представляет собой симметричный одноканальный усилитель мощности низкой частоты, претендующий на класс Hi-End. Основные технические характеристики следующие. Номинальная выходная мощность усилителя на нагрузку 4 Ом составляет 225 ватт. Диапазон воспроизводимых частот колеблется в пределах 5…160000 Гц. Коэффициент нелинейных искажений при частоте в 1 кГц составляет порядка 0,001%, при 20 кГц – 0,008%. Отношение сигнал/шум = 110 дБ.

Краткое описание УНЧ

Звуковой сигнал через пленочный конденсатор С1 подается на регулятор громкости R1 фирмы ALPS. Следует заметить, что в случае применения в регуляторе громкости УМЗЧ отечественного потенциометра типа СП3-30в может наблюдаться нелинейность АЧХ на разных уровнях громкости. Входной каскад усилителя мощности звука выполнен на транзисторах VT1, VT7 и VT2, VT8 с каскодной нагрузкой VTЗ, VT5 и VТ4, VT6 и стабилизированными источниками тока для их питания VT10, VT9. Конденсаторы C7…C10 и C13…C16 необходимы для устранения самовозбуждения УМЗЧ. Выходной каскад УМЗЧ, как уже упоминалось выше, собран по схеме составного транзистора Дарлингтона с “раскачкой” на комплементарной паре VT15, VT16 полевых транзисторов фирмы Hitachi —2SK1058 и 2SJ162 (они же стоят в двухтактном каскоде). В качестве выходных транзисторов VТ17…VТ20 использована комплементарная пара Hi-End транзисторов фирмы National Semiconductor — NJL4281D и NJL4302D с встроенными диодами-датчиками температуры кристаллов транзисторов (VD7…VD10). По справедливому замечанию автора относительно аннотации фирмы на эти транзисторы, где сказано, что изменения падения напряжения на диодах-датчиках вполне достаточно для обеспечения температурной стабилизации выходного каскада, схема УМЗЧ дополнена проверенной схемой термостабилизации на терморезисторе R32, с подобранным, соответственно, его номиналом. Поскольку при достаточно большой выходной мощности диоды не справляются, и транзисторы начинают перегреваться. Выходной фильтр R43-C34-L1-R44, ввиду использования на выходе биполярных транзисторов, упрощен.

О радиодеталях

В схеме усилителя звука применяются пленочные полипропиленовые (типа МКР фирмы MUNDORF) конденсаторы (C1, С28) и керамические многослойные (импортный аналог К15-5 на напряжение 1600 В) конденсаторы (C2, C7…C10, С17, С18, С22…С24, С27, С29). Постоянные резисторы — импортные, металлооксидные, типа МО или МО-S. Подстроечные резисторы (R8, R24, R31) — типа 3296W-1-100LF (импортный аналог отечественного СП5-2ВБ). Мощные резисторы (R14, R23, R28, R39…R43) — металлооксидные, типа МОХ (фирмы MUNDORF).

Добавлено: продолжение ниже

Обсуждайте в социальных сетях и микроблогах

Метки: акустика, УНЧ

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

Схема УМЗЧ с усилителем напряжения по схеме с общей базой
Аналоги отечественных транзисторов

Особенности применения биполярных транзисторов с изолированным затвором

Современные силовые устройства преобразования параметров электроэнергии строятся на силовых полупроводниковых ключах, отличающихся от биполярных транзисторов. Особое место среди них занимают рассматриваемые в статье IGBT технологии, то есть устройства с использованием БТИЗ транзисторов (биполярных транзисторов с изолированным затвором) или в английской аббревиатуре IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors) транзисторов. Применение этих технологий существенно расширяет энергетические возможностями и повышает надежность силовых электротехнических устройств.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором

Различают две технологии реализации IGBT транзисторов, которые поясняются эквивалентными схемами, приведенными на рис.1а, б, а для маломощных транзисторов – на рис.1, в [2]. Как следует из рис.1, IGBT транзисторы имеют три электрода: эмиттер (э), коллектор (к) и затвор (з).

Сочетание двух полупроводниковых приборов в одной структуре позволило объединить преимущества полевых и биполярных транзисторов: высокое входное сопротивление и малое сопротивление между силовыми электродами во включенном состоянии.

Обратим внимание на то, что на эквивалентных схемах у силового транзистора в том месте, где обозначен эмиттер, написано «коллектор», а где обозначен коллектор написано «эмиттер». Это общепринятое обозначение по принципу управления, указывающее, что входной сигнал управления подается между затвором и эмиттером.

Кратко охарактеризуем историю создания и развития IGBT транзисторов, являющихся продуктом развития технологии силовых транзисторов. Эта история насчитывает несколько десятилетий. С 80-х годов прошлого века и по сегодняшний день создано четыре поколения этих приборов: первое поколение – с 1985 года, когда были достигнуты максимальные значения напряжения U_макс=1000В, тока I_макс≈ 25А и минимальное значение времени переключения t_{пер.мин}≈1мкс второе – с 1990 года, когда были достигнуты максимальные значения U_макс=1600В, I_макс≈ 50А и минимальное значение времени переключения t_{пер. мин}≈0.5мкс третье – с 1994 года, когда были достигнуты максимальные значения напряжения U_макс=3500В тока I_макс≈ 100А и минимальное значение времени переключения t_{пер.мин}≈0.25мкс и, наконец, четвертое поколение – с 1998 года, для которого характерны следующие достижения:U_макс=4500В, I_макс≈ 150А, время переключения t_{пер.мин}≈0.2мкс

Для входного пробивного напряжение U_вх.пр современных IGBT транзисторов в справочных данных практически всех фирм-производителей транзисторов приводится значение, равное U_вх.пр=±20В, и таким образом при работе с этими приборами необходимо следить, чтобы напряжение затвор-эмиттер не превышало указанное значение напряжения. Далее, напряжение на затворе IGBT транзистора, при котором входной МОП и выходной биполярный транзистор начинают отпираться, составляет от 3,5 до 6,0 В, и гарантированное напряжение, при котором транзистор полностью открыт, то есть может пропускать максимально допустимый ток через коллектор-эмиттерный переход, составляет от 8 до предельного значения 20 В.

Максимальные токи, которые могут коммутировать современные IGBT транзисторы, находятся в пределах от 7 до 150 А, а их допустимый импульсный ток, как правило, в 2,5 – 3,0 раза превышает максимальный. Для больших мощностей выпускаются составленные из нескольких транзисторов модули с предельными значениями тока до 1000 А. Пробивные напряжения IGBT транзисторов находятся в пределах от 400 до 4500 В.

Основные параметры некоторых IGBT транзисторов приведены в табл.1, а параметры модулей, выпускаемых по технологии Trench или NPT, – в табл. 2 [1].

Где:

• U_кэ — Напряжение коллектор-эмиттер
• U_кэн— Напряжение коллектор-эмиттер открытого транзистора
• I_к — Постоянный ток коллектора
• Р — Максимальная рассеиваемая мощность

Напряжение коллектор-эмиттерного перехода открытого транзистора находится в пределах от 1,5 до 4,0 В (в зависимости от типа, значений тока и предельного напряжения IGBT транзистора) в одинаковых режимах работы. Для различных типов приборов напряжение на переходе открытого транзистора тем выше, чем выше значение пробивного напряжения и скорость переключения.

Вследствие низкого коэффициента усиления выходного биполярного транзистора в целом, IGBT транзистор защищен от вторичного пробоя и имеет (что особо важно для импульсного режима) прямоугольную область безопасной работы.

С ростом температуры напряжение на коллектор-эмиттерном переходе транзистора несколько увеличивается, что дает возможность включать приборы параллельно на общую нагрузку и увеличивать суммарный выходной ток.

Также как МОП транзисторы, IGBT транзисторы имеют емкости затвор-коллектор, затвор-эмиттер, коллектор-эмиттер. Величины этих емкостей обычно в 2 – 5 раз ниже, чем у МОП транзисторов с аналогичными предельными параметрами. Это связано с тем, что у IGBT транзисторов на входе размещен маломощный МОП транзистор. Для управления им в динамических режимах нужна меньшая мощность.

Время нарастания или спада напряжения на силовых электродах IGBT транзисторов при оптимальном управлении составляет около 50 – 200 нс и определяется в основном скоростью заряда или разряда емкости затвор-коллектор от схемы управления.

Существенным преимуществом IGBT транзисторов по сравнению с биполярными транзисторами является то, что биполярные транзисторы в структуре IGBT не насыщаются и, следовательно, у них отсутствует время рассасывания. Однако после уменьшения напряжения на затворе ток через силовые электроды еще протекает в течение от 80 – 200 нс до единиц мкс в зависимости от типа прибора. Уменьшить эти временные параметры невозможно, так как база p-n-p транзистора недоступна.

Технологические методы уменьшения времени спада ведут к увеличению напряжения насыщения коллектор-эмиттерного перехода. Поэтому чем более быстродействующим является транзистор, тем выше напряжение насыщения.

IGBT транзисторы по сравнению с МОП транзисторами обладают следующими преимуществами:

• Экономичностью управления, связанной с меньшим значением емкости затвора и, соответственно, меньшими динамическими потерями на управление.
• Высокой плотностью тока в переходе эмиттер-коллектор – такой же, как и у биполярных транзисторов.
• Меньшими потери в режимах импульсных токов.
• Практически прямоугольной областью безопасной работы.
• Возможностью параллельного соединения транзисторов для работы на общую нагрузку.
• Динамическими характеристиками у транзисторов, выпущенных за последние годы, приближающимися к характеристикам МОП транзисторов.

Основным недостатком IGBT транзисторов является сравнительно большое время выключения, что ограничивает частоты переключения до 20 – 100 кГц даже у самых быстродействующих транзисторов. Кроме того, с ростом частоты необходимо уменьшать ток коллектора. Например, из зависимости тока коллектора IGBT транзистора от частоты для транзистора IRGPC50UD2, приведенной на рис. 2, следует, что при частотах работы транзисторов, превышающих 10 кГц, приходится уменьшать ток коллектора более чем в два раза. Но все же для силовых инверторов с увеличением мощности преобразования рабочую частоту необходимо уменьшать также из соображений уменьшения влияния паразитных индуктивностей монтажа.

Процесс включения IGBT транзистора разделяется на два этапа. При подаче положительного напряжения между затвором и истоком открывается полевой транзистор, и далее движение зарядов из области n в область p приводит к открыванию биполярного транзистора, то есть к появлению тока между эмиттером и коллектором. Таким образом, полевой транзистор управляет биполярным.

У IGBT транзисторов с максимальным значением напряжения в пределах 500 – 1200 В падение напряжения в насыщенном состоянии находится в диапазоне 1,2 – 3,5 В, то есть оно приблизительно такое же, как и у биполярных транзисторов. Однако эти значения падения напряжения намного меньшие по сравнению со значениями падения напряжения на силовых MOП транзисторах в проводящем состоянии с аналогичными параметрами.

С другой стороны, MOП транзисторы с максимальными значениями напряжения, не превышающими 200 В, имеют меньшие значения падения напряжения между силовыми электродами во включенном состоянии, чем IGBT транзисторы. В связи с этим применение МОП транзисторов является более предпочтительным в области низких рабочих напряжений и коммутируемых токов до 70 А.

По быстродействию IGBT транзисторы превосходят биполярные транзисторы, однако уступают MOП транзисторам. Значения времен рассасывания накопленного заряда и спада тока при выключении IGBT транзисторов находятся в пределах 0,2 – 0,4 мкс.

Область безопасной работы IGBT транзисторов позволяет обеспечить надежную работу этих устройств без усложнений дополнительными цепями ускорения переключения при частотах от 10 до 20 кГц. Этого не могут обеспечить биполярные транзисторы.

IBGT транзисторы относятся к приборам силовой электроники, и выпускаемые промышленностью на сегодняшний день реальные приборы имеют предпочтение в их использовании в диапазоне мощностей от единиц киловатт до единиц мегаватт. Дальнейшее совершенствование IGBT транзисторов проводится по пути повышения быстродействия, предельных коммутируемых токов и напряжений.

Управление МОП и IGBT транзисторами

МОП и IGBT транзисторы являются полупроводниковыми приборами, управляемыми напряжением. Из обширного круга вопросов, относящихся к проблеме управления этими приборами, особый интерес представляет наиболее сложный случай управления, который имеет место в мостовой или полумостовой схеме включения с индуктивной погрузкой.

Отметим, что управление транзисторами инверторов можно осуществлять через импульсные высокочастотные трансформаторы, хотя такое управление усложняет конструкцию и принципиальную схему инвертора. Отсутствие тока потребления на управление в статических режимах и низкое общее потребление мощности затворами транзисторов позволяют отказаться от трансформаторных схем питания.

Компаниями-производителями силовых полупроводников выпускается ряд драйверов управления, которые согласовывают маломощную схему управления с выходными транзисторами верхнего и нижнего плеча силового инвертора. Выходные каскады этих драйверов выполняются, как правило, в виде двухтактных усилителей мощности на полевых транзисторах, обеспечивающих импульсный выходной ток до 2 А. Организация питания верхнего плеча инвертора осуществляется по схеме зарядного «насоса», показанной на рис. 3.

Схемы формирования, гальваническая развязка и усилитель нижнего плеча драйверов получают питание от низковольтного вспомогательного источника питания U_н. При включении транзистора нижнего плеча VT2 (в первом полупериоде работы) диод VD1 открывается и заряжает накопительный конденсатор С1, в дальнейшем питающий усилитель верхнего плеча. В каждом полупериоде при открытом транзисторе VT2 конденсатор C1 подзаряжается, а при открытом транзисторе VT1 питается выходной усилитель верхнего плеча.

В последнее время фирмы-производители полупроводниковых приборов начали выпускать различные драйверы отдельных транзисторов полумостовых и мостовых схем, выдерживающие напряжение до 600 В. В качестве примера приведем наименование некоторых из этих драйверов [3]:

• IR2125 – драйвер верхнего плеча;
• IR2110, Н1Р25001Р, PWR 200/201– драйверы полумостового инвертора;
• IR2130 – драйвер трехфазной мостовой схемы;
• IR2155 – драйвер полумостового инвертора с автогенератором.

Эти драйверы надежно работают и обеспечивают оптимальные параметры в работе с МОП и IGBT транзисторами. К тому же их стоимость небольшая, а схемы инверторов требуют установки всего лишь одного драйвера и нескольких внешних компонентов.

Переключение больших токов с высокими скоростями переключения сопряжено с рядом трудностей. Для получения надежно работающих устройств основные усилия должны быть направлены на создание конструкции с минимизированными величинами паразитных индуктивностей, которые в случае не принятия специальных мер могут запасать значительное количество энергии в силовых шинах тока и вызывать нежелательные переключения силовых ключей, всплески высокого напряжения, дополнительную мощность рассеяния на силовых транзисторах, ложные срабатывания и т.д.

Микросхема драйвера IR2110 является одной из многих схем, применяемых для полумостовых высоковольтных инверторов. Полумостовой инвертор на IGBT транзисторах показан на рис. 4. Резисторы R2 и R3 служат для уменьшения скорости переключения силовых транзисторов. Дело в том, что управление затворами мощных IGBT или МОП транзисторов непосредственно от драйвера IR2110 или ему аналогичного может привести к нежелательно высоким скоростям переключения.

Реальная конструкция инвертора обладает конечными значениями величин индуктивностей соединений, на которых выделяются всплески напряжений при переключениях плеч, причем чем меньше время переключения, тем больше амплитуда всплеска. Величины резисторов R2 и R3 выбираются таким образом, чтобы фронты переключений не порождали значительных потерь и больших импульсных амплитуд, нарушающих работу инвертора.

На входы 10 и 12 драйвера должны поступать две импульсные последовательности, причем вход 10 управляет транзистором VT1, а вход 12 – транзистором VT2. Вход 11 включает или выключает инвертор и может использоваться для защиты, то есть при подаче напряжения на вход 11 работа преобразователя прекращается.

Драйвер IR2155, позволяющий получить самую простую схему полумостового преобразователя, представляет собой монолитную интегральную схему, способную управлять двумя транзисторами в полумостовом преобразователе. Они могут работать при напряжениях питания до 600 В, имеют четкие формы выходных импульсов с коэффициентами заполнения от 0 до 99 %.

Функциональная схема драйвера IR 2151 показана на рис. 5.

Драйвер содержит входную часть на операционных усилителях, которая может работать в автогенераторном режиме. Частота определяется дополнительными навесными элементами, подключаемыми к выводам C1, R1. Генераторы паузы на нуле обеспечивают задержки во включении выходного транзистора на 1 мкс после закрытия предыдущего транзистора. В канале верхнего плеча осуществляется гальваническая развязка, далее напряжение усиливается усилителем мощности на полевых транзисторах и выходное напряжение с выхода HO(7) поступает на затвор силового транзистора. Нижнее плечо работает от задающего генератора через генератор паузы на нуле и устройство задержки.

Для обеспечения стабильности работы драйвера внутри имеется стабилитрон, ограничивающий напряжение Vcc(1) на уровне 15 В.

Литература

1. Short form catalog International Rectifier. Product Digest.
2. В.И. Сенько и др. Электроника и микросхемотехника (на укр. яз.). Том 1. – К.: Обереги, 2000.
3. М. Браун. Источники питания. Расчет и конструирование. Пер. с англ. – К.: МК-Прогрес, 2007.
4. Микросхемы для импульсных источников питания – 3. – М.: Изд. дом «Додека – ХХI», 2002.

Структура и принцип работы низковольтного преобразователя частоты на IGBT транзисторах -На заметку

Типовая схема низковольтного преобразователя частоты представлена на рис. 7. В нижней части рисунка изображены графики напряжений и токов на выходе каждого элемента преобразователя.

Переменное напряжение питающей сети (uвх.) с постоянной амплитудой и частотой (Uвх = const, fвх = const) поступает на управляемый или неуправляемый выпрямитель (1).

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (uвыпр.) используется фильтр (2). Выпрямитель и емкостный фильтр (2) образуют звено постоянного тока.

С выхода фильтра постоянное напряжение ud поступает на вход автономного импульсного инвертора (3).
Автономный инвертор современных низковольтных преобразователей, как было отмечено, выполняется на основе силовых биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT. На рассматриваемом рисунке изображена схема преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения как получившая наибольшее распространение.

В инверторе осуществляется преобразование постоянного напряжения ud в трехфазное (или однофазное) импульсное напряжение uи изменяемой амплитуды и частоты. По сигналам системы управления каждая обмотка электрического двигателя подсоединяется через соответствующие силовые транзисторы инвертора к положительному и отрицательному полюсам звена постоянного тока. Длительность подключения каждой обмотки в пределах периода следования импульсов модулируется по синусоидальному закону. Наибольшая ширина импульсов обеспечивается в середине полупериода, а к началу и концу полупериода уменьшается. Таким образом, система управления обеспечивает широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) напряжения, прикладываемого к обмоткам двигателя. Амплитуда и частота напряжения определяются параметрами модулирующей синусоидальной функции.

При высокой несущей частоте ШИМ (2 … 15 кГц) обмотки двигателя вследствие их высокой индуктивности работают как фильтр. Поэтому в них протекают практически синусоидальные токи.

В схемах преобразователей с управляемым выпрямителем (1) изменение амплитуды напряжения uи может достигаться регулированием величины постоянного напряжения ud, а изменение частоты – режимом работы инвертора.

При необходимости на выходе автономного инвертора устанавливается фильтр (4) для сглаживания пульсаций тока. (В схемах преобразователей на IGBT в силу низкого уровня высших гармоник в выходном напряжении потребность в фильтре практически отсутствует.)

Таким образом, на выходе преобразователя частоты формируется трехфазное (или однофазное) переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды (Uвых = var, fвых = var).

25.11.2010

Как проверить IGBT транзистор, принцип работы IGBT.

Принцип работы IGBT транзисторов основан на применении n-канального МОП-транзистора малой мощности для управления мощным биполярным транзистором. Таким образом, удалось совместить достоинства биполярного и полевого транзистора. Малая управляющая мощность, высокое входное сопротивление, большой уровень пробивных напряжений, малое сопротивление в открытом состоянии — позволяют применять IGBT в цепях с высокими напряжениями и большими токами.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT или БТИЗ) целесообразно использовать в сильноточных, высоковольтных ключевых схемах. Сварочные аппараты, источники бесперебойного питания, приводы электрических двигателей, мощные преобразователи напряжения – вот сфера применения таких элементов.

Названия выводов IGBT: затвор, эмиттер, коллектор.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором способны коммутировать токи в тысячи ампер, напряжение эмиттер-коллектор может достигать несколько киловольт. Но частота работы этих транзисторов значительно ниже, чем частота полевых транзисторов.

Как проверить IGBT транзистор мультиметром

Проверяется IGBT FGh50N60SFD. IGBT часто пробиваются накоротко, такие неисправные транзисторы легко выявить с помощью мультиметра. Перед проверкой IGBT транзистора мультиметром, необходимо обратиться к справочным данным и выяснить назначение его выводов.

Затем произвести следующие действия:

1. Переключить мультиметр в режим «прозвонка». Произвести измерение между затвором и эмиттером для выявления возможного замыкания.

2. Произвести измерение между затвором и коллектором для выявления возможного замыкания.

3. На секунду замкнуть пинцетом или перемычкой эмиттер и затвор. После этого транзистор будет гарантированно закрыт.

4. Соединить щуп мультиметра «V/Ω» с эмиттером, щуп «СОМ» с коллектором. Мультиметр должен показать падение напряжения на внутреннем диоде.

5. Соединить щуп мультиметра «V/Ω» с коллектором, щуп «СОМ» с эмиттером. Мультиметр должен показать отсутствие замыкания и утечки.

Для более надежной проверки IGBT транзистора можно собрать следующую схему:

При замыкании контактов кнопки лампочка должна загораться, при размыкании – тухнуть.

В этом видео показано как проверить IGBT мультиметром:

Опубликовано 05.11.2016

Новое поступление IGBT-транзисторов и модулей Infineon

Компания Infineon Technologies, появившаяся в 1999 году в результате выделения одного из подразделений Siemens, в наши дни является одним из лидирующих многопрофильных производителей электроники. Её штаб-квартира располагается в немецком Нойбиберге, а филиалы и фабрики, в которых работает более 41000 сотрудников, можно встретить по всему миру.

Одной из главных категорий продукции Infineon является силовая электроника, включающая в себя мощные IGBT-транзисторы и IGBT-модули. IGBT расшифровывается как Insulated Gate Bipolar Transistor, или «биполярный транзистор с изолированным затвором» – два транзистора  с уникальной структурой управляющего перехода. Эту структуру можно представить как MOSFET, управляющий биполярным транзистором. На рисунке 1 показана схема типичного IGBT-модуля с двумя транзисторами.

Рисунок 1. Схема электрическая принципиальная IGBT-модуля на два транзистора

Конструкция IGBT позволяет сочетать преимущества обоих типов транзисторов:

• управление по напряжению, а не по току;
• низкая управляющая мощность;
• высокое входное сопротивление;
• зависимость сопротивления открытого канала от величины силы тока, а не квадрата силы тока.

Типичные применения IGBT-транзисторов и модулей – это цепи с частотой до 50 кГц, токами в десятки ампер и напряжением более 500 В. В качестве примеров можно привести:

• инверторы;
• импульсные источники питания;
• системы управления тяговыми двигателями;
• и другие нагрузки до 6-6,5 кВ.

На склад «Промэлектроники» поступили IGBT-транзисторы IKW30N60h4FKSA1 и IGBT-модули: FF600R12KE4BOSA1 (рисунок 2) и BSM50GP120BOSA1. Их основные характеристики представлены в таблицах ниже. Также на страницах этих моделей доступны даташиты от Infineon. В числе преимуществ IGBT Infineon Technologies можно выделить инновационные технологии TRENCHSTOP, позволяющие повысить допустимые рабочие температуры до 175°C, что даёт большой запас по перегрузке.

Рисунок 2. Корпус IGBT-модуля FF600R12KE4BOSA1 

Основные параметры IGBT-транзистора IKW30N60h4FKSA1 (максимальные значения)

Параметр	Значение
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер	600 В
Импульсный ток коллектора	120 А
Максимальный ток коллектора при 25°C	60 А
Прямой ток диода	30 А при 25°C 15 А при 100°C
Максимальная рассеиваемая мощность	187 Вт при 25°C 94 Вт при 100°C
Напряжение затвор-эмиттер	±20 В
Задержка включения	при 25°C при 25°C
Задержка выключения	20 нс при 25°C 239 нс при 175°C
Рабочий диапазон температур	-40. .+175°C
Корпус	TO-247

Все IGBT-транзисторы и модули, поставляемые Промэлектроникой.
Новые поступления приведены в таблице:

• Наименование

  К продаже

  Цена от

Под заказ:

700 шт.

Основы транзисторов IGBT

| Цепь X Код

IGBT или биполярный транзистор с изолированным затвором — это тип транзистора. Это сильноточное и высоковольтное устройство, представляющее собой тиристор. IGBT сочетает в себе достоинства полевого транзистора на основе оксида металла (MOSFET) и транзистора с биполярным переходом (BJT).

Введение

Схематическое обозначение IGBT показано ниже:

Сходство символа IGBT с BJT является преднамеренным. Как и у BJT, на выходе IGBT ток идет от коллектора к эмиттеру. Однако изолированный затвор этого устройства означает, что входной ток на затворе практически равен нулю. Очень маленький ток пропорционален очень высокому импедансу. Таким образом, нагрузка не влияет на схему управления, подключенную к затвору этого транзистора. Биполярный транзистор с изолированным затвором также превосходит BJT (в некоторых приложениях) с точки зрения скорости переключения.

Поскольку IGBT является устройством, управляемым напряжением, он похож на MOSFET.Его основное преимущество перед полевыми МОП-транзисторами заключается в способности работать с напряжением коллектор-эмиттер более 200 В. Такой транзистор также имеет меньшее напряжение насыщения, чем MOSFET.

Операция

Приведенная ниже эквивалентная схема лучше всего описывает работу IGBT:

Как видно, MOSFET находится на входе биполярного транзистора с изолированным затвором, а BJT — на выходе. Ток будет течь от коллектора к эмиттеру, когда на затвор подается достаточное напряжение.

Приложения

БТИЗ

часто поставляются в виде модулей. Такие модули, по сути, являются твердотельными реле. Применение IGBT включает в себя драйверы двигателей, индукционные нагреватели и источники питания.

Модуль IGBT выглядит следующим образом:

Ниже приведен пример схемы драйвера двигателя:

Обратите внимание, что схематическая диаграмма выше похожа на H-мост, но только с использованием биполярных транзисторов с изолированным затвором. Преимущество использования этого H-моста IGBT заключается в более высоком рабочем напряжении и токе.

Что такое IGBT? Конструкция, типы, работа и применение

IGBT – работа, типы, структура, работа и применение

Тиристоры являются наиболее часто используемыми компонентами в современной электронике, а логические схемы используются для переключения и усиления. BJT и MOSFET являются наиболее часто используемыми типами транзисторов, каждый из которых имеет свои преимущества перед другими и некоторые ограничения. IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) сочетает в себе лучшие черты как BJT, так и MOSFET в одном транзисторе.Он принимает входные характеристики (высокий входной импеданс) MOSFET (изолированный затвор) и выходные характеристики BJT (биполярный характер).

Что такое БТИЗ?

IGBT или биполярный транзистор с изолированным затвором представляет собой комбинацию BJT и MOSFET. Его название также подразумевает слияние между ними. «Изолированный затвор» относится к входной части полевого МОП-транзистора с очень высоким входным сопротивлением. Он не потребляет никакого входного тока, а работает от напряжения на клемме затвора.«Биполярный» относится к выходной части биполярного транзистора биполярного типа, в которой протекание тока обусловлено обоими типами носителей заряда. Это позволяет ему обрабатывать очень большие токи и напряжения, используя сигналы малого напряжения. Эта гибридная комбинация делает IGBT устройством, управляемым напряжением.

Это четырехуровневое устройство PNPN, имеющее три соединения PN. Он имеет три вывода: Ворота (G), Коллектор (C) и Излучатель (E). Название клеммы также подразумевает, что она взята из обоих транзисторов.Терминал затвора, поскольку он является входной частью, взят из MOSFET, а коллектор и эмиттер, поскольку они являются выходом, взяты из BJT.

Связанное сообщение:

Конструкция IGBT

IGBT состоит из четырех слоев полупроводника для формирования структуры PNPN. Электрод коллектора (C) прикреплен к P-слою, а эмиттер (E) прикреплен между слоями P и N. Подложка P+ используется для изготовления IGBT. Поверх него помещается N-слой, образующий PN-переход J1.Две P-области изготовлены поверх N-слоя для формирования PN-перехода J2. Область P разработана таким образом, чтобы оставить путь посередине для электрода затвора (G). Области N+ рассеяны по области P, как показано на рисунке.

Эмиттер и затвор — металлические электроды. Эмиттер непосредственно присоединен к области N+, а затвор изолирован слоем диоксида кремния. Базовый слой P+ инжектирует дырки в N-слой, поэтому его называют слоем инжектора.В то время как N-слой называется областью дрейфа. Его толщина пропорциональна блокирующей способности по напряжению. Вышеупомянутый P-слой известен как корпус IGBT.

N-слой предназначен для прохождения тока между эмиттером и коллектором через переход с использованием канала, который создается под действием напряжения на электроде затвора.

Эквивалентная структура IGBT

Поскольку мы знаем, что IGBT представляет собой комбинацию входа MOSFET и выхода BJT, он имеет структуру, эквивалентную N-канальному MOSFET и PNP BJT в конфигурации Дарлингтона.Сопротивление области дрейфа также может быть учтено.

Если мы посмотрим на вышеприведенную структуру IGBT, то увидим, что существует более одного пути для протекания тока. Путь тока направлен от коллектора к эмиттеру. Первый путь — «коллектор, подложка P+, N-, P, эмиттер». Этот путь уже упоминался с использованием транзистора PNP в эквивалентной структуре. Путь 2 ^-й — это «коллектор, подложка P+, N-, P, N+, эмиттер». Чтобы включить этот путь, в структуру необходимо включить еще один NPN-транзистор, как показано на рисунке ниже.

Работа БТИЗ

Две клеммы коллектора (C) и эмиттера (E) IGBT используются для проведения тока, а затвор (G) используется для управления IGBT. Его работа основана на смещении между клеммами затвор-эмиттер и клеммами коллектор-эмиттер.

Коллектор-эмиттер подключен к Vcc таким образом, что на коллекторе сохраняется положительное напряжение, чем на эмиттере. Соединение j1 становится смещенным в прямом направлении, а соединение j2 смещается в обратном направлении.В этот момент на затворе нет напряжения. Из-за реверса j2 IGBT остается выключенным, и ток между коллектором и эмиттером не течет.

При подаче напряжения на затвор V _G , положительного по сравнению с эмиттером, отрицательные заряды будут накапливаться прямо под слоем SiO ₂ из-за емкости. Увеличение V _G увеличивает количество зарядов, которые в конечном итоге образуют слой, когда V _G превышает пороговое напряжение в верхней P-области.Этот слой образует N-канал, замыкающий N-область дрейфа и N+ область.

Электроны из эмиттера перетекают из N+ области в N- дрейфовую область. При этом дырки из коллектора инжектируются из области P+ в область дрейфа N-. Из-за избытка как электронов, так и дырок в дрейфовой области ее проводимость увеличивается и начинает проводить ток. Следовательно, IGBT включается.

Типы IGBT

Существует два типа IGBT, основанных на включении буферного слоя N+.Включение этого дополнительного слоя делит их на симметричные и асимметричные IGBT.

Пробойник через БТИЗ

Проходной IGBT включает буферный слой N+, из-за чего он также известен как асимметричный IGBT. Они обладают асимметричной способностью блокировки напряжения, т. е. их прямое и обратное напряжения пробоя различны. Их обратное напряжение пробоя меньше, чем прямое напряжение пробоя. Он имеет более высокую скорость переключения.

Пробой через БТИЗ является однонаправленным и не может работать с обратными напряжениями.Поэтому они используются в цепях постоянного тока, таких как инверторы и прерыватели.

Без пробивки через БТИЗ

Они также известны как симметричные IGBT из-за отсутствия дополнительного буферного слоя N+. Симметрия в структуре обеспечивает симметричные характеристики напряжения пробоя, т. е. прямое и обратное напряжения пробоя равны. По этой причине они используются в цепях переменного тока.

V-I Характеристики IGBT

В отличие от BJT, IGBT — это устройство, управляемое напряжением, которому требуется лишь небольшое напряжение на затворе для управления током коллектора.Однако напряжение затвор-эмиттер V _GE должно быть больше порогового напряжения.

Передаточные характеристики IGBT показывают отношение входного напряжения V _GE к выходному току коллектора I _C . Когда на V _GE 0 В, I _C отсутствует и устройство остается выключенным. Когда напряжение V _GE слегка увеличивается, но остается ниже порогового напряжения V _GET , устройство остается выключенным, но имеет место ток утечки.Когда V _GE превышает пороговое значение, I _C начинает увеличиваться, и устройство включается. Поскольку это однонаправленное устройство, ток течет только в одном направлении.

На данном графике показана зависимость между током коллектора I _C и напряжением коллектор-эмиттер V _CE при различных уровнях V _GE. При V _GE < V _GET IGBT находится в режиме отсечки и I _C = 0 при любом V _CE .При V _GE > V _GET IGBT переходит в активный режим, где I _C увеличивается с увеличением V _CE . Кроме того, для каждого V _GE , где V _GE1 < V _GE2 < V _GE3 , I _C отличается.

Обратное напряжение не должно превышать предел обратного пробоя. Как и прямое напряжение. Если они превышают соответствующий предел пробоя, через них начинает проходить неконтролируемый ток.

Общее сравнение с BJT и MOSFET

Как мы уже говорили выше, IGBT сочетает в себе лучшие черты как BJT, так и MOSFET. Поэтому он лучше почти во всех отношениях. Вот диаграмма некоторых характеристик, показывающая сравнение IGBT, BJT и MOSFET. мы сравниваем силовые устройства в их максимальных возможностях.

Преимущества и недостатки IGBT

Преимущества

IGBT в целом имеет преимущества как BJT, так и MOSFET.

• Обладает более высокими возможностями обработки напряжения и тока.
• Имеет очень высокое входное сопротивление.
• Он может коммутировать очень большие токи, используя очень низкое напряжение.
• Управляется напряжением, т. е. не имеет входного тока и имеет низкие входные потери.
• Схема привода затвора проста и дешева.
• Его можно легко включить, подав положительное напряжение, и выключить, подав нулевое или слегка отрицательное напряжение.
• Имеет очень низкое сопротивление во включенном состоянии
• Он имеет высокую плотность тока, что позволяет иметь меньший размер микросхемы.
• Он имеет более высокий коэффициент усиления по мощности, чем BJT и MOSFET.
• Имеет более высокую скорость переключения, чем BJT.

Недостатки

• Скорость переключения ниже, чем у MOSFET.
• Он однонаправленный и не может работать в обратном направлении.
• Не может блокировать более высокое обратное напряжение.
• Это дороже, чем BJT и MOSFET.
• Проблемы с фиксацией из-за конструкции PNPN, напоминающей тиристор.

Применение IGBT

IGBT имеют множество применений, используемых как в цепях переменного, так и постоянного тока.Вот некоторые из важных применений IGBT

.

• Используется в импульсных источниках питания (SMPS) для питания чувствительного медицинского оборудования и компьютеров.
• Используется в системе ИБП (источник бесперебойного питания).
• Используется в приводах переменного и постоянного тока с регулированием скорости.
• Используется в прерывателях и инверторах.
• Используется в солнечных инверторах.

Похожие сообщения:

Принцип работы IGBT

— все, что вам нужно знать

БТИЗ — одно из самых эффективных электронных изобретений.Принцип работы IGBT уникален и находит множество коммерческих применений — в качестве приводов двигателей переменного/постоянного тока, управления тяговыми двигателями, ИБП (нерегулируемый источник питания), инверторов и т. д.

Но не будем забегать вперед. Вам нужно полностью понять, как работает IGBT. Итак, поехали.

Что такое IGBT?

IGBT означает биполярный транзистор с изолированным затвором. Это полупроводниковое электрическое устройство с 3 клеммами, обеспечивающее быстрое переключение при высокой эффективности.

Чтобы лучше понять IGBT, лучше понять различные транзисторы с точки зрения функциональности.

Транзисторы

Транзистор — это небольшой электронный компонент, выполняющий две основные функции. Он действует как переключатель для управления цепями освещения и может усиливать сигналы.

Существуют различные типы транзисторов, основанные на другой полезности или конкретном применении. Обычно используемые транзисторы — это BJT (транзистор с биполярным переходом), MOSFET и IGBT.

Как BJT, так и MOSFET имеют свои предпочтения, а также преимущества перед другими. В то время как биполярные транзисторы предпочитают малые падения в открытом состоянии, полевые МОП-транзисторы лучше всего подходят благодаря высокому импедансу I/P, низким потерям при переключении и отсутствию вторичного пробоя.

БТИЗ сочетает в себе биполярный транзистор и полевой МОП-транзистор, благодаря чему он сочетает в себе лучшее от обоих транзисторов.

Таким образом, IGBT представляет собой трехвыводное устройство, используемое в качестве коммутационного устройства и применимое для усиления сигналов. IGBT обеспечивает быстрое переключение с высокой эффективностью.

Символ IGBT

Поскольку IGBT объединяет BJT и MOSFET, его символы следуют тому же принципу, что и ниже.

Символ IGBT

Символ также имеет три терминала – Коллектор, Излучатель и Врата. Входная сторона представляет собой MOSFET, а выходной символ берется из символа BJT.

Как и ожидалось, клеммами проводимости являются Коллектор и Эмиттер. Ворота — это терминал управления.

Структура IGBT

Все три вывода (коллектор, эмиттер и затвор) IGBT прикреплены металлическими слоями.Однако металлический материал терминала Gate имеет изоляцию из слоя диоксида кремния.

Внутренняя структура IGBT представляет собой четырехслойное полупроводниковое устройство. Четырехслойное устройство получается путем объединения транзисторов PNP и NPN, которые составляют схему PNPN.

Структура БТИЗ

Источник: Компоненты101

Слой, ближайший к коллекторной области, — это (p+) подложка, область инжекции.Справа над ним находится N-область дрейфа, которая включает N-слой.

Активная область инжекции инжектирует большую часть носителей (ток дырок) из (p+) в N-слой.

Толщина области дрейфа определяет способность IGBT блокировать напряжение.

Поверх области дрейфа находится область тела, состоящая из (p) субстрата. Он находится недалеко от Излучателя. Внутри области тела есть (n+) слоев.

Обратите внимание, что соединения между областью коллектора (или областью впрыска) и областью N-Drift обозначаются J2.Точно так же соединение между областью N и областью тела является соединением J1.

ПРИМЕЧАНИЕ. Структура IGBT топологически похожа на тиристор с точки зрения затвора «MOS». Но действие и функциональность тиристора можно подавить, а это означает, что во всем диапазоне работы устройства IGBT допустимо только действие транзистора.

IGBT предпочтительнее тиристора из-за быстрого переключения тиристора при переходе через ноль.

Как работает IGBT?

Принцип работы IGBT включается или выключается активацией или деактивацией его клеммы Gate.

Если положительное входное напряжение проходит через вентиль, эмиттер поддерживает цепь возбуждения во включенном состоянии. С другой стороны, если на клемме Gate IGBT нулевое напряжение или слегка отрицательное напряжение, он отключает приложение схемы.

Поскольку биполярное устройство с изолированным затвором функционирует как биполярный транзистор и полевой МОП-транзистор, величина усиления, которую оно достигает, представляет собой отношение между его выходным и управляющим входными сигналами.

Для обычного биполярного транзистора коэффициент усиления примерно равен отношению выходного тока к входному току.Мы назвали его бета и обозначили как β.

С другой стороны, для полевого МОП-транзистора входной ток отсутствует, поскольку вывод Gate является изоляцией основного канала, по которому течет ток. Мы определяем коэффициент усиления IGBT путем деления изменения выходного тока на изменение входного напряжения. Это делает IGBT транскондуктивным устройством.

Работа IGBT как цепи

Поясним это на рисунке ниже, на котором показан весь рабочий диапазон IGBT.

Работа IGBT как цепи

IGBT работает только при наличии напряжения на клемме Gate. Это напряжение затвора, которое составляет В _Гс .

Как видно на диаграмме, при наличии напряжения на затворе ( В _G ) _, ток затвора ( I _G ) увеличивается. Затем он увеличивает напряжение затвор-эмиттер ( В _GE ).

Следовательно, напряжение затвор-эмиттер увеличивает ток коллектора ( I _C ). Таким образом, ток коллектора ( I _C ) уменьшает напряжение между коллектором и эмиттером ( V _CE ).

ПРИМЕЧАНИЕ. IGBT имеет падение напряжения, аналогичное диодам, обычно порядка 2 В, которое увеличивается только с логарифмом тока.

IGBT использует обратные диоды для проведения обратного тока.Свободные диоды размещаются на клеммах коллектор-эмиттер устройства.

IGBT, кремниевый диод

 Источник: Публикация Researchgate 

Наличие встроенного диода является обязательным требованием для IGBT, поскольку без него силовое электронное устройство может вывести из строя силовой ключ. После выключения индуктивный ток нагрузки генерирует пики высокого напряжения всякий раз, когда нет подходящего пути.

Модуль IGBT и FWD

Источник: Researchgate

Всякий раз, когда биполярный транзистор с изолированным затвором выключается, неосновные несущие из N-области перетекают во внешнюю схему.После расширения обедненного слоя (возрастание напряжения коллектор-эмиттер) неосновные носители вызывают внутреннюю рекомбинацию протекающего тока, хвостовой ток.

Типы IGBT

Как четырехслойные устройства, IGBT можно классифицировать на основе наличия (n+) буферного слоя. Биполярные транзисторы с изолированным затвором и буферным слоем (n+) представляют собой сквозные IGBT (или просто PT-IGBT).

Аналогичным образом, IGBT без буферного слоя (n+) представляют собой IGBT без пробивки (или просто NPT-IGBT).Вот таблица их различий.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором

также классифицируются по своим характеристикам. Концепция проектирования устройств для PT-IGBT и NPT-IGBT может быть как симметричной, так и асимметричной.

Симметричные IGBT имеют одинаковое прямое и обратное напряжение пробоя. В то же время асимметричные биполярные транзисторы с изолированным затвором имеют прямое напряжение пробоя больше, чем обратное напряжение пробоя.

Это означает, что симметричный IGBT в основном применим в цепях переменного тока.С другой стороны, асимметричные IGBT применимы в цепях постоянного тока, потому что им не нужно какое-либо поддерживаемое обратное напряжение.

Модели IGBT

Схемы, использующие принцип работы IGBT, обычно моделируются с использованием симуляторов цепей, таких как Sabre и SPICE.

Симуляторы могут моделировать IGBT (и другие реальные устройства), чтобы обеспечить наилучшие прогнозы относительно токов и напряжений на электрических клеммах.

Для еще более точного прогноза тепло и температура включены в процесс моделирования. Наиболее распространенными методами моделирования концепции устройства IGBT являются:

• Модель на основе физики
• Макромодель

Симулятор SPICE использует метод макромодели, который объединяет различные компоненты, такие как МОП-транзисторы и биполярные транзисторы, с использованием конфигурации Дарлингтона.

Принцип работы IGBT– Электрические характеристики

Из-за того, что работа IGBT зависит от напряжения, для поддержания проводимости устройствам требуется лишь незначительное напряжение, подаваемое на клемму Gate.

  Электрические характеристики

Это противоположность биполярным силовым транзисторам, которым требуется непрерывный базовый ток в базовой области для поддержания насыщения.

В то же время IGBT является однонаправленным устройством, что означает, что он переключается только в «прямом направлении» (от коллектора к эмиттеру).

Это противоположность МОП-транзисторам, которые имеют двунаправленный процесс переключения тока. В практических устройствах МОП-транзисторы управляемы в прямом направлении и неуправляемы в обратном напряжении.

Обратите внимание, что в динамических условиях в IGBT может возникать ток блокировки, когда устройство выключается. Когда кажется, что непрерывный управляющий ток во включенном состоянии превышает критическое значение, это ток блокировки.

Также, когда напряжение затвор-эмиттер падает ниже порогового напряжения, через устройство протекает небольшой ток утечки. В это время напряжение коллектор-эмиттер почти равно напряжению питания. Таким образом, четырехслойный БТИЗ работает в области отсечки.

Принцип работы IGBT – Применение IGBT 

IGBT можно использовать в усилителях слабого сигнала, так же как MOSFET и BJT. Тем не менее, IGBT сочетает в себе лучшее из обоих, поэтому имеет низкие потери проводимости и высокую скорость переключения.

IGBT используются в большинстве современных электронных устройств, таких как стереосистемы, поезда, VSF, электромобили, кондиционеры и т. д.

БТИЗ и МОП-транзистор

Биполярные транзисторы с изолированным затвором

лучше всего подходят для высоковольтных, низких частот переключения и сильноточных конфигураций.И наоборот, полевые МОП-транзисторы лучше всего подходят для низковольтных, высоких частот переключения и средних токов.

Сравнение IGBT и MOSFET

Источник: Researchgate

IGBT можно использовать в практических устройствах с частотой переключения ниже 20 кГц из-за его высоких коммутационных потерь.

Сводка 

Надеемся, теперь вы понимаете, что такое IGBT и чем они отличаются от MOSFET и BJT. У вас есть вопросы или опасения по поводу IGBT? Не стесняйтесь связаться с нами!

Биполярный транзистор с изолированным затвором — обзор

5.

1 Введение

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), представленный в начале 1980-х годов, становится успешным устройством благодаря своим превосходным характеристикам. IGBT — это трехконтактный силовой полупроводниковый переключатель, используемый для управления электрической энергией. Многие новые приложения были бы экономически нецелесообразны без IGBT. До появления IGBT силовые биполярные транзисторы (BJT) и силовые полевые транзисторы на оксиде металла (MOSFET) широко использовались в устройствах малой и средней мощности и на высоких частотах, где скорость тиристоров выключения затвора была недостаточной. .Силовые биполярные транзисторы имеют хорошие характеристики во включенном состоянии, но имеют длительное время переключения, особенно при выключении. Это управляемые по току устройства с небольшим коэффициентом усиления по току из-за эффектов инжекции высокого уровня и широкой базой, необходимой для предотвращения сквозного пробоя для обеспечения возможности высокого блокирующего напряжения. Следовательно, они требуют сложных схем управления базой для обеспечения тока базы во включенном состоянии, что увеличивает потери мощности в управляющем электроде.

С другой стороны, силовые полевые МОП-транзисторы представляют собой устройства, управляемые напряжением, которые требуют очень малого тока в течение периода переключения и, следовательно, имеют простые требования к управлению затвором.Мощные полевые МОП-транзисторы — это устройства с основными носителями, которые демонстрируют очень высокие скорости переключения. Но однополярный характер мощных МОП-транзисторов приводит к ухудшению характеристик проводимости при увеличении номинального напряжения выше 200 В. Поэтому их сопротивление в открытом состоянии увеличивается с увеличением напряжения пробоя. Кроме того, по мере увеличения номинального напряжения встроенный в корпус диод демонстрирует худшие характеристики обратного восстановления, что приводит к увеличению коммутационных потерь.

Для повышения производительности силового устройства полезно иметь низкое сопротивление в открытом состоянии силовых биполярных транзисторов с изолированным входом затвора, как у мощного полевого МОП-транзистора. Конфигурация Дарлингтона из двух устройств, показанных на рис. 5.1, имеет превосходные характеристики по сравнению с двумя дискретными устройствами. Это гибридное устройство может быть затворно как силовой полевой МОП-транзистор с низким сопротивлением в открытом состоянии, потому что большая часть выходного тока обрабатывается биполярным транзистором. Из-за низкого коэффициента усиления по току BJT в качестве драйвера требуется полевой МОП-транзистор такого же размера. Более мощный подход для получения максимальных преимуществ управления затвором МОП-транзистора и биполярной проводимости тока заключается в интеграции физических свойств МОП-транзистора и биполярного транзистора в одном полупроводниковом регионе.Эта концепция привела к появлению коммерчески доступных IGBT с превосходными характеристиками в открытом состоянии, хорошей скоростью переключения и отличным безопасным рабочим диапазоном. По сравнению с мощными полевыми МОП-транзисторами отсутствие встроенного диода в корпусе можно рассматривать как преимущество или недостаток в зависимости от скорости переключения и требований по току. Внешний диод с быстрым восстановлением или диод в том же корпусе можно использовать для конкретных приложений. БТИЗ заменяют МОП-транзисторы в высоковольтных устройствах с меньшими потерями проводимости.Они имеют напряжение во включенном состоянии и плотность тока, сравнимые с мощным BJT с более высокой частотой переключения. Хотя они демонстрируют быстрое включение, их выключение происходит медленнее, чем у полевых МОП-транзисторов, из-за времени спада тока. БТИЗ имеют значительно меньшую площадь кремния, чем МОП-транзисторы аналогичной номинальной мощности. Таким образом, замена мощных полевых МОП-транзисторов на БТИЗ повышает эффективность и снижает стоимость. IGBT также известен как полевой транзистор с модуляцией проводимости (COMFET), транзистор с изолированным затвором (IGT) и биполярный полевой МОП-транзистор.

РИСУНОК 5.1. Гибридная конфигурация Дарлингтона MOSFET и BJT.

Поскольку топологии с программным переключением предлагают многочисленные преимущества по сравнению с топологиями с жестким переключением, их использование в отрасли растет. Благодаря использованию методов мягкого переключения IGBT могут работать на частотах до сотен килогерц. БТИЗ ведут себя по-разному в условиях мягкого переключения и в условиях жесткого переключения. Таким образом, компромиссы устройств, используемые в схемах с мягким переключением, отличаются от компромиссов в случае жесткого переключения.Применение IGBT в преобразователях большой мощности подвергает их высоким переходным электрическим нагрузкам, таким как короткое замыкание и отключение при фиксированной индуктивной нагрузке, поэтому важным требованием является надежность IGBT в условиях стресса. Традиционно взаимодействие между производителями устройств и разработчиками силовых электронных схем было ограниченным. Поэтому недостатки надежности устройств наблюдаются только после их использования в реальных схемах. Это существенно замедляет процесс оптимизации силовой электронной системы.Время разработки можно значительно сократить, если учесть все вопросы производительности и надежности устройства на этапе проектирования. Поскольку в схемных приложениях довольно часто встречаются условия высоких напряжений, чрезвычайно экономично и уместно моделировать характеристики IGBT в этих условиях. Однако разработка модели может следовать только после того, как будет правильно понята физика работы устройства в напряженных условиях, создаваемых схемой. Физически обоснованное моделирование процессов и устройств является быстрым и дешевым способом оптимизации IGBT.Появление симуляторов схем смешанного режима, в которых динамика полупроводниковых несущих оптимизирована в рамках ограничений переключения уровня схемы, является ключевым инструментом проектирования для этой задачи.

Что такое IGBT? — Конструкция и принцип работы

В этой статье объясняется IGBT, его символ, конструкция и принцип работы с соответствующей структурой и принципиальными схемами.

Что такое IGBT?

IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) представляет собой трехконтактный силовой ключ с высоким входным сопротивлением, как у PMOSFET, и низкими потерями мощности во включенном состоянии, как у BJT (биполярный переходной транзистор). Таким образом, IGBT представляет собой комбинированную форму лучших качеств как BJT, так и PMOSFET. Это самый популярный силовой выключатель среди инженеров-электронщиков, который находит множество применений.

IGBT представляет собой трехвыводное устройство. Три терминала: ворота (G), эмиттер (E) и коллектор (C). Символ схемы IGBT показан ниже.

IGBT также известен как транзистор с изолированным затвором из оксида металла (MOSIGT), полевой транзистор с модуляцией проводимости (COMFET) или полевой транзистор с модуляцией усиления (GEMFET).Первоначально он назывался транзистором с изолированным затвором (IGT).

Строительство IGBT:

БТИЗ построен на подложке с p+-слоем. На p+-подложке эпитаксиально выращен высокоомный n-слой. Как и в других полупроводниковых устройствах, толщина n-слоя определяет блокировочную способность IGBT. На другой стороне p+-подложки осаждается металлический слой, формирующий клемму коллектора (C). Теперь p-области размыты в эпитаксиально выращенном n-слое.Далее n+ областей диффундируют в р-область. Базовая конструкция IGBT показана на рисунке ниже.

Теперь на поверхность выращен изолирующий слой диоксида кремния (SiO ₂ ). Этот изолирующий слой вытравлен для встраивания металлических выводов эмиттера и затвора.

Подложка p+ также называется слоем инжектора, потому что она вводит дырки в n-слой. Слой n называется областью дрейфа. Следующий p-слой называется корпусом IGBT. Слой n между областями p+ и p служит для размещения обедненного слоя pn-перехода i.е. J2.

Эквивалентная цепь:

Примерная эквивалентная схема IGBT состоит из MOSFET и p+n-p транзистора (Q ₁ ). Для учета сопротивления, обеспечиваемого областью дрейфа n, в схему включено сопротивление R _d . Это показано ниже.

Эта эквивалентная схема может быть получена путем тщательного изучения базовой структуры IGBT. Базовая структура показана ниже.

Из приведенного выше рисунка видно, что при движении вертикально вверх от коллектора к эмиттеру мы встречаем p+, n-, p слоев.Это означает, что IGBT можно рассматривать как комбинацию MOSFET и транзистора p ⁺ n ^– p (Q ₁ ). Это основа для приблизительной эквивалентной схемы.

Теперь внимательно изучите базовую структуру IGBT, показанную выше. Вы заметите, что существует еще один путь от коллектора к эмиттеру; этот путь коллекторный, p+, n ^– , p (n-канальный), n+ и эмиттерный. Таким образом, в составе IGBT имеется еще один транзистор Q ₂ as n ^– pn+.Таким образом, нам нужно включить этот транзистор Q ₂ в приблизительную эквивалентную схему, чтобы получить точную эквивалентную схему.

Точная эквивалентная схема IGBT показана ниже.

R _на в этой цепи — это сопротивление, оказываемое p-областью протеканию дырочного тока.

Принцип работы IGBT:

Принцип работы IGBT основан на смещении клемм затвор-эмиттер и клемм коллектор-эмиттер.Когда коллектор становится положительным по отношению к эмиттеру, IGBT смещается в прямом направлении. При отсутствии напряжения между затвором и эмиттером два перехода между n-областью и p-областью, то есть переход J2, смещены в обратном направлении. Следовательно, ток от коллектора к эмиттеру не течет. Вы можете обратиться к рисунку 1 для лучшего понимания.

При включении затвора в плюс по отношению к эмиттеру некоторым напряжением V _G (это напряжение должно быть больше порогового напряжения V _GET IGBT) в верхней части p-области формируется n-канал сразу под воротами.Этот n-канал называется инверсионным слоем . Этот n-канал замыкает n-область с n+ эмиттерной областью. Электроны из n+-эмиттера начинают течь в n- дрейфовую область через n-канал.

Поскольку IGBT смещен в прямом направлении с положительным коллектором и отрицательным эмиттером, p+ область коллектора вводит дырки в n-дрейфовую область. Таким образом, дрейфовая n-область заполняется электронами из области p-тела и дырками из области p+-коллектора. При этом значительно увеличивается плотность инжекционных носителей в n-дрейфовой области и, как следствие, увеличивается проводимость n-области.Поэтому IGBT включается и начинает проводить прямой ток I _C .

Ток I _C или I _E состоит из двух компонентов тока:

• Дырочный ток I _ч за счет инжекции дырок с коллектора p+, p+n ^– p транзистор Q ₁ , сопротивление p-корпусной области R _на и эмиттер.
• Электронный ток I _e за счет инжектированных электронов, вытекающих из коллектора, слоя инжекции p+, области дрейфа n-, сопротивления n-канала R _ch , n+ и эмиттера.

Следовательно, ток коллектора или нагрузки

I _C = Ток эмиттера

= И _Е

= I _ч + I _e

Основной ток тока коллектора представляет собой ток электроники I _e , т. е. основной путь тока для коллектора или нагрузки, ток проходит через p+, n-, дрейфовое сопротивление R _d и сопротивление n-канала R _ch . Это показано в точной эквивалентной схеме.

Падение напряжения в IGBT во включенном состоянии состоит из падения напряжения в n-канале, падения напряжения на дрейфовой n-области, падения напряжения на смещенном в прямом направлении p+n-переходе J1.Падение напряжения на переходе J1 очень мало и составляет от 0,7 до 1 В. Падение напряжения в открытом состоянии IGBT очень мало, и, следовательно, потери в открытом состоянии также малы.

Биполярный транзистор с изолированным затвором | IGBT

IGBT — это относительно новое устройство в силовой электронике, и до появления IGBT силовые МОП-транзисторы и силовые биполярные транзисторы широко использовались в приложениях силовой электроники. Оба эти устройства обладали некоторыми достоинствами и одновременно некоторыми недостатками. С одной стороны, у нас были плохие характеристики переключения, низкий входной импеданс, вторичный пробой и управляемый током Power BJT, а с другой стороны, у нас были отличные характеристики проводимости. Точно так же у нас были отличные характеристики переключения, высокий входной импеданс, управляемые напряжением PMOSFET, которые также имели плохие характеристики проводимости и проблемный паразитный диод при более высоких номиналах. Хотя однополярный характер полевых МОП-транзисторов приводит к малому времени переключения, он также приводит к высокому сопротивлению в открытом состоянии по мере увеличения номинального напряжения.

Таким образом, возникла необходимость в таком устройстве, которое обладало бы достоинствами как PMOSFET, так и Power BJT, и именно тогда IGBT были представлены примерно в начале 1980-х годов и стали очень популярными среди инженеров по силовой электронике из-за своих превосходных характеристик.IGBT имеет входные характеристики, подобные PMOSFET, и выходные характеристики, подобные Power BJT, и, следовательно, его символ также представляет собой объединение символов двух исходных устройств. Три клеммы IGBT — это затвор, коллектор и эмиттер. На рисунке ниже показан символ IGBT.

IGBT также известен под различными другими названиями, такими как транзистор с затвором с изоляцией из оксида металла (MOSIGT), полевой транзистор с модулированным усилением (GEMFET), полевой транзистор с кондуктивной модуляцией (COMFET), транзистор с изолированным затвором (IGT).

Структура IGBT

Структура IGBT очень похожа на структуру PMOSFET, за исключением одного слоя, известного как слой инжекции, который имеет p ⁺ , в отличие от подложки n ⁺ в PMOSFET. Этот слой инжекции является ключом к превосходным характеристикам IGBT. Другие слои называются дрейфом и областью тела. Два соединения имеют маркировку J ₁ и J ₂ . На рисунке ниже показана структура n-канального IGBT.

Внимательно изучив структуру, мы обнаружим, что существует n-канальный полевой МОП-транзистор и два биполярных транзистора — Q ₁ и Q ₂ , как показано на рисунке.Q ₁ – это p ⁺ n ^– p BJT, а Q ₂ – это n ^– pn ⁺ BJT. R _d — это сопротивление области дрейфа, а R _b — сопротивление области р-тела. Мы можем заметить, что коллектор Q ₁ совпадает с основанием Q ₂ , а коллектор Q ₂ совпадает с основанием Q ₁ . Следовательно, мы можем прийти к модели эквивалентной схемы IGBT, как показано на рисунке ниже.

Два транзистора, соединенные встречно-параллельно, образуют паразитный тиристор, как показано на рисунке выше.

N-канальный IGBT включается, когда коллектор имеет положительный потенциал по отношению к эмиттеру, а затвор также имеет достаточный положительный потенциал (>V _GET ) по отношению к излучаемому. Это условие приводит к образованию инверсионного слоя непосредственно под затвором, что приводит к образованию канала, и ток начинает течь от коллектора к эмиттеру.

Коллекторный ток I _c в БТИЗ состоит из двух составляющих: I _e и I _h .I _e – ток инжектированных электронов, протекающих от коллектора к эмиттеру через слой инжекции, дрейфовый слой и, наконец, сформированный канал. I _h — дырочный ток, протекающий от коллектора к эмиттеру через Q ₁ и сопротивление тела R _b . Отсюда

Хотя I _h почти ничтожно, и, следовательно, I _c ≈ I _e .
В IGBT наблюдается необычное явление, известное как запирание IGBT. Это происходит, когда ток коллектора превышает определенное пороговое значение (I _CE ).В этом случае паразитный тиристор замыкается, вывод затвора теряет контроль над током коллектора, а IGBT не выключается, даже когда потенциал затвора падает ниже V _GET . Теперь для выключения IGBT нужна типовая схема коммутации, как и в случае принудительной коммутации тиристоров. Если устройство не будет выключено как можно скорее, оно может быть повреждено.

Характеристики IGBT

Статические ВАХ IGBT

На приведенном ниже рисунке показаны статические ВАХ n-канального IGBT вместе с принципиальной схемой с отмеченными параметрами.

График похож на график BJT, за исключением того, что параметр, который остается постоянным для графика, равен V _GE , поскольку IGBT является устройством, управляемым напряжением, в отличие от BJT, который является устройством, управляемым током. Когда устройство находится в режиме OFF (V _CE положительный и V _GE < V _GET ) обратное напряжение блокируется J ₂ и когда оно смещено в обратном направлении, т.е. V _CE отрицательное, J ₁ блокирует напряжение.

Передаточные характеристики IGBT

На рисунке ниже показана передаточная характеристика IGBT, которая точно такая же, как у PMOSFET.IGBT находится во включенном состоянии только после того, как V _GE превышает пороговое значение V _GET .

Характеристики переключения IGBT

На рисунке ниже показана типичная характеристика переключения IGBT .

Время включения t _на , как обычно, состоит из двух компонентов: времени задержки (t _dn ) и времени нарастания (t _r ). Время задержки определяется как время, в течение которого ток коллектора возрастает от тока утечки I _CE до 0. 1 I _C (конечный ток коллектора) и напряжение коллектор-эмиттер падает с V _CE до 0,9V _CE . Время нарастания определяется как время, за которое ток коллектора возрастает с 0,1 I _C до I _C , а напряжение коллектор-эмиттер падает с 0,9 В _CE до 0,1 В _CE .

Время выключения t _off состоит из трех компонентов: времени задержки (t _df ), начального времени спада (t _f1 ) и конечного времени спада (t _f2 ).Время задержки определяется как время, когда ток коллектора падает с I _C до 0,9 I _C и V _CE начинает расти. Начальное время спада – это время, в течение которого ток коллектора падает с 0,9 I _C до 0,2 I _C , а напряжение коллектор-эмиттер возрастает до 0,1 В _C . Окончательное время спада определяется как время, в течение которого ток коллектора падает с 0,2 I _C до 0,1 I _C и 0,1 В _CE возрастает до конечного значения V _CE .

Преимущества и недостатки IGBT

Преимущества: —
Преимущества IGBT показывают ниже

• Ниже
  • Требования к нижнему воротам
  • Низкие переключающие Убытки
  • Требования схемы небольших снабоев
  • Высокий входной импеданс
  • Устройство контролируемого напряжения
  • Температурный коэффициент сопротивления в открытом состоянии положительный и меньше, чем у PMOSFET, поэтому меньше падение напряжения и потери мощности во включенном состоянии.
  • Расширенная проводимость из-за биполярной природы
  • лучшая безопасная эксплуатация

  Недостатки: —
  Недостатки IGBT показаны ниже

  • Стоимость
  • Проблема фиксации
  • Высокое время выключения по сравнению с PMOSFET

  NGTG50N60FW — БТИЗ

  %PDF-1.4
  %
  1 0 объект
  >
  эндообъект
  6 0 объект

  /Заголовок (NGTG50N60FW — IGBT)
  >>
  эндообъект
  2 0 объект
  >
  эндообъект
  3 0 объект
  >
  эндообъект
  4 0 объект
  >
  ручей
  приложение/pdf

• NGTG50N60FW — IGBT
• ПО Полупроводник
• Этот биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) имеет надежный и
  экономичная конструкция траншеи и обеспечивает превосходную производительность
  в требовательных коммутационных приложениях, предлагая как низкое состояние
  напряжение и минимальные потери при переключении.

2012-12-13T11:35:33-07:00BroadVision, Inc.2020-11-10T13:43:16+01:002020-11-10T13:43:16+01:00Acrobat Distiller 10.1.4 (Windows)uuid: 585c07b6-f3d6-47ac-a4db-8025f7bcd66fuuid:8295a8b8-ca3c-445f-acaf-20142591a64fPrint

конечный поток
эндообъект
5 0 объект
>
эндообъект
7 0 объект
>
эндообъект
8 0 объект
>
эндообъект
9 0 объект
>
эндообъект
10 0 объект
>
эндообъект
11 0 объект
>
эндообъект
12 0 объект
>
эндообъект
13 0 объект
>
эндообъект
14 0 объект
>
эндообъект
15 0 объект
>
эндообъект
16 0 объект
>
эндообъект
17 0 объект
>
эндообъект
18 0 объект
>
эндообъект
19 0 объект
>
эндообъект
20 0 объект
>
ручей
HVnFȯG{eQ%ֈN
y@»>;$EYsY`1

.