Igbt

IGBT е кратка форма на биполярен транзистор с изолирана порта, комбинация от биполярен транзистор за свързване (BJT) и полеви транзистор с метален оксид (MOS-FET). Това е полупроводниково устройство, използвано за превключване на свързани приложения.

Тъй като IGBT е комбинация от MOSFET и транзистор, той има предимства както на транзисторите, така и на MOSFET. MOSFET има предимства на висока скорост на превключване с висок импеданс, а от друга страна BJT има предимството на високо усилване и ниско напрежение на насищане, и двете присъстват в IGBT транзистор. IGBT е полупроводник с контролирано напрежение, който позволява големи колекторни емитерни токове с почти нулево задвижване на тока.

Както беше обсъдено, IGBT има предимствата както на MOSFET, така и на BJT, IGBT има изолирана порта, същата като типичните MOSFET и същите характеристики на трансфер на изход. Въпреки че BJT е текущо контролирано устройство, но за IGBT контролът зависи от MOSFET, следователно е устройство, контролирано по напрежение, еквивалентно на стандартните MOSFET.

IGBT еквивалентна схема и символ

В горното изображение е показана еквивалентната схема на IGBT. Това е същата верижна структура, използвана в транзистора Дарлингтън, където два транзистора са свързани по същия начин. Както можем да видим горното изображение, IGBT комбинира две устройства, N канал MOSFET и PNP транзистор. N-канален MOSFET задвижва PNP транзистора. Стандартният извод на BJT включва колектор, излъчвател, основа, а стандартният MOSFET изход включва Gate, Drain и Source. Но в случая на IGBT транзисторни пинове, това е портата, която идва от N-каналния MOSFET, а колекторът и излъчвателят идват от PNP транзистора.

В PNP транзистора, колектора и излъчвателя е проводимост и когато IGBT е включен, той се провежда и пренася тока през него. Този път се контролира от N канала MOSFET.

В случай на BJT, ние изчисляваме печалбата, която се обозначава като бета (

В горното изображение е показан символ на IGBT. Както виждаме, символът включва частта на колекторния емитер на транзистора и частта на порта на MOSFET. Трите терминала са показани като Gate, collector и Emitter.

Когато е в проводящ или включен режим „ ON “, текущият поток от колектор към емитер. Същото се случва и с транзистора BJT. Но в случая с IGBT има Gate вместо base. Разликата между напрежението от порта към емитер се нарича Vge, а разликата в напрежението между колектора към емитер се нарича Vce.

На ток емитер (Ie) е почти същата като колектор ток (Ic), Т.е. = Ic. Тъй като текущият поток е относително еднакъв както в колектора, така и в емитера, Vce е много нисък.

Научете повече за BJT и MOSFET тук.

Приложения на IGBT:

IGBT се използва главно в приложения, свързани с захранването. BJT със стандартна мощност имат много бавни характеристики на реакция, докато MOSFET е подходящ за бързо превключване, но MOSFET е скъп избор, когато се изисква по-висока токова мощност. IGBT е подходящ за замяна на BJT и Power MOSFET.

Също така IGBT предлага по-ниска устойчивост на включване в сравнение с BJT и поради това свойство IGBT е термично ефективен при приложения, свързани с висока мощност.

IGBT приложенията са огромни в областта на електрониката. Поради ниското съпротивление, много висок ток, висока скорост на превключване, задвижване с нулева порта, IGBT се използват в управление на двигатели с висока мощност, инвертори, захранване с превключен режим с високочестотни области за преобразуване.

В горното изображение е показано основно приложение за превключване, използващо IGBT. Най- RL, е резистивен товар, свързан между емитер IGBT за земята. Разликата в напрежението в товара се обозначава като VRL. Натоварването може да бъде и индуктивно. И от дясната страна е показана различна схема. Товарът е свързан през колектора, където като токова защита Резисторът е свързан през излъчвателя. И в двата случая токът ще тече от колектор към емитер.

В случай на BJT, ние трябва да подадем постоянен ток през основата на BJT. Но в случай на IGBT, същото като MOSFET, трябва да осигурим постоянно напрежение през портата и насищането се поддържа в постоянно състояние.

В левия случай разликата в напрежението, VIN, която е потенциалната разлика на входа (портата) със земята / VSS, контролира изходния ток, протичащ от колектора към емитер. Разликата в напрежението между VCC и GND е почти еднаква за товара.

В дясната верига токът, протичащ през товара, зависи от напрежението, разделено на стойността на RS.

I _RL2 = V _IN / R _S

Най- изолиран гейт биполярен транзистор (IGBT) може да се включи " ON " и " OFF " чрез активиране на портата. Ако направим портата по-положителна, като подадем напрежение през портата, излъчвателят на IGBT поддържа IGBT в състояние „ ON “ и ако направим портата отрицателна или нулева, IGBT ще остане в състояние „ OFF “. Същото е като превключването на BJT и MOSFET.

Характеристики на кривата и трансфера на IGBT IV

На горното изображение са показани IV характеристики в зависимост от различното напрежение на портата или Vge. В X ос е означена колектор емитер напрежение или Vce и ордината означава колектор ток. По време на изключено състояние токът, протичащ през колектора и напрежението на портата, е нула. Когато сменим Vge или напрежението на портата, устройството влиза в активната област. Стабилно и непрекъснато напрежение през портата осигурява непрекъснат и стабилен ток през колектора. Увеличението на Vge е пропорционално увеличаване на тока на колектора, Vge3> Vge2> Vge3. BV е напрежението на пробив на IGBT.

Тази крива е почти идентична с IV кривата на прехвърляне на BJT, но тук е показан Vge, защото IGBT е устройство, контролирано от напрежение.

В горното изображение е показана характеристиката за прехвърляне на IGBT. Той е почти идентичен с PMOSFET. IGBT ще премине в състояние „ ON “, след като Vge е по-голяма от праговата стойност в зависимост от спецификацията на IGBT.

Ето таблица за сравнение, която ще ни даде добра представа за разликата между IGBT с POWER BJT и Power MOSFET.

Характеристики на устройството	IGBT	Мощен MOSFET	POWER BJT
Номинално напрежение
Настоящ рейтинг
Устройство за въвеждане
Входен импеданс
Изходен импеданс
Скорост на превключване
Разходи

В следващото видео ще видим комутационната верига на IGBT транзистор.