Игбт транзистор. IGBT транзистор: принцип работы, применение и основные параметры

Что такое IGBT транзистор. Как устроен и работает IGBT. Где применяются IGBT транзисторы. Какие основные параметры и характеристики у IGBT. Как правильно выбрать и использовать IGBT.

Что такое IGBT транзистор и как он устроен

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) — это биполярный транзистор с изолированным затвором. По своей структуре он представляет собой комбинацию биполярного и полевого транзисторов.

Основные особенности IGBT:

• Управляется напряжением (как полевой транзистор)
• Обладает высокой нагрузочной способностью по току (как биполярный транзистор)
• Имеет малое падение напряжения во включенном состоянии
• Способен работать на высоких частотах (десятки кГц)

Эквивалентная схема IGBT состоит из входного полевого транзистора, который управляет базой выходного биполярного транзистора. Такая структура позволяет объединить преимущества обоих типов транзисторов.

Принцип работы IGBT транзистора

Принцип работы IGBT можно описать следующим образом:

1. При подаче положительного напряжения на затвор открывается канал полевого транзистора
2. Ток через канал полевого транзистора поступает в базу биполярного транзистора, открывая его
3. Основной ток протекает через открытый биполярный транзистор от коллектора к эмиттеру
4. При снятии напряжения с затвора закрывается канал полевого транзистора, прекращая подачу тока в базу биполярного транзистора
5. Биполярный транзистор закрывается, прекращая протекание тока через IGBT

Таким образом, IGBT управляется напряжением затвора, но основной ток протекает через биполярную структуру. Это обеспечивает высокую нагрузочную способность при простом управлении.

Основные области применения IGBT транзисторов

IGBT транзисторы нашли широкое применение в силовой электронике благодаря своим уникальным характеристикам. Основные сферы использования IGBT:

• Частотные преобразователи для управления электродвигателями
• Источники бесперебойного питания
• Сварочные инверторы
• Индукционные нагреватели
• Импульсные источники питания большой мощности
• Преобразователи для солнечных батарей и ветрогенераторов
• Электромобили и гибридные автомобили

IGBT особенно эффективны в приложениях, требующих коммутации больших токов и напряжений на частотах до нескольких десятков кГц.

Ключевые параметры и характеристики IGBT

При выборе IGBT транзистора необходимо учитывать следующие основные параметры:

• Максимальное напряжение коллектор-эмиттер (VCE)
• Максимальный ток коллектора (IC)
• Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (VCE(sat))
• Время включения и выключения
• Заряд затвора
• Энергия потерь при переключении
• Тепловое сопротивление переход-корпус

Важно также обращать внимание на зависимости параметров от температуры, тока и напряжения. Это позволяет правильно выбрать транзистор для конкретного применения.

Особенности управления затвором IGBT

Правильное управление затвором критично для эффективной и надежной работы IGBT. Основные аспекты, которые нужно учитывать:

• Напряжение включения обычно составляет +15В
• Напряжение выключения -5…-15В для повышения помехоустойчивости
• Необходимо ограничивать скорость нарастания напряжения на затворе для снижения коммутационных потерь
• Важно минимизировать паразитные индуктивности в цепи затвора
• Рекомендуется использовать специализированные драйверы для IGBT

Оптимальная схема управления затвором позволяет снизить динамические потери и повысить надежность работы IGBT.

Расчет потерь мощности в IGBT

Общие потери мощности в IGBT складываются из статических и динамических потерь:

• Статические потери — потери проводимости в открытом состоянии
• Динамические потери — потери при переключении

Для расчета потерь используются следующие данные:

1. Напряжение и ток коллектора
2. Частота переключения
3. Энергия потерь при включении и выключении
4. Напряжение насыщения VCE(sat)
5. Коэффициент заполнения импульсов

Точный расчет потерь позволяет правильно выбрать режим работы и систему охлаждения для IGBT.

Параллельное включение IGBT транзисторов

Параллельное включение IGBT позволяет увеличить коммутируемый ток. Однако при этом необходимо учитывать ряд особенностей:

• Разброс параметров транзисторов может приводить к неравномерному распределению тока
• Необходимо обеспечить симметричную разводку силовых цепей
• Рекомендуется использовать отдельные резисторы в цепи затвора для каждого транзистора
• Желательно обеспечить хороший тепловой контакт между параллельно включенными IGBT

При правильном подходе параллельное включение позволяет создавать мощные ключи на токи в тысячи ампер.

Основные параметры и аспекты применения дискретных IGBT

1 октября 2018

управление питаниемуправление двигателемInternational RectifierInfineonстатьяинтегральные микросхемыдискретные полупроводникиIGBT

Инструкция по особенностям практического применения дискретных транзисторов IGBT с экскурсом в основы теории и результатами практических испытаний для трех моделей IGBT производства Infineon: IRG7PC35SD для резонансных приложений с мягкими переключениями, IRGB20B50PD1 для работы на высоких частотах и IRGP4069D для высокочастотных приложений с жесткими переключениями.

Требования к схеме управления затвором

Влияние импеданса цепи затвора на потери при переключениях

Эквивалентная схема биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ, IGBT) состоит из биполярного PNP-транзистора, управляемого N-канальным МОП-транзистором (MOSFET) (рисунок 1). Вывод, называемый коллектором, фактически является эмиттером для внутреннего PNP-транзистора. MOSFET управляет базой PNP-транзистора и определяет скорость включения и падение напряжения на IGBT в открытом состоянии. Таким образом, выход внешнего драйвера подключается напрямую к затвору MOSFET, ток стока которого становится базовым током PNP-транзистора. Поскольку характеристики включения IGBT сильно зависят от параметров входного МОП-транзистора, то потери на включение определяются величиной импеданса цепи затвора. С другой стороны, характеристики выключения в основном зависят от скорости рекомбинации неосновных носителей, а значит, параметры встроенного МОП-транзистора значительно меньше влияют на уровень потерь IGBT при выключении.

Рис. 1. Эквивалентная схема IGBT

В результате, в отличие от силовых МОП-транзисторов, заряд затвора IGBT не полностью определяет уровень динамических потерь. В то же время заряд затвора остается важным параметром при расчете цепей управления IGBT.

Увеличение импеданса в цепи затвора продлевает плато Миллера и уменьшает скорость спадания тока. В то же время влияние импеданса на общие потери коммутации зависит от конструкции IGBT и его динамических характеристик. При этом потери на включение для всех без исключения IGBT сильно зависят от величины импеданса. Однако влияние импеданса на потери при выключении зависит от скорости IGBT и его технологии. Например, trench-IGBT и высокоскоростные IGBT отличаются большей чувствительностью к импедансу в цепи затвора. Однако, в любом случае верно, что входной импеданс затвора IGBT имеет большое значение, а дополнительный импеданс, вносимый цепью управления, оказывает меньшее влияние на уровень потерь.

На практике импеданс в цепи затвора часто увеличивают, чтобы ограничить выбросы тока, вызванные восстановлением обратного диода, при включении. Такой подход во многих случаях способен значительно снизить динамические потери. При этом негативное влияние от увеличения импеданса можно минимизировать с помощью дополнительного обратного диода, включенного параллельно затворному резистору. Это позволит сократить потери при выключении.

Зависимость энергии переключения от величины сопротивления в цепи затвора, как правило, всегда приводится в документации на современные силовые ключи.

Влияние импеданса цепи затвора на чувствительность к шуму

В биполярных транзисторах с изолированным затвором любое изменение напряжения dv/dt на коллекторе оказывает влияние на напряжение на затворе из-за наличия паразитной емкостной связи. Эта связь определяется делителем, образованным емкостью Миллера C

RES и емкостью «затвор-эмиттер» C_GE (рисунок 2а). При определенном соотношении этих двух емкостей и импеданса затвора (Z_G) выброс напряжения может оказаться достаточным для включения IGBT.

Если затвор не имеет жесткой связи с эмиттером, то определенный высокий уровень dv/dt на коллекторе может вызвать на затворе значительный выброс напряжения, превышающий пороговое напряжение, что приведет к переходу IGBT в открытое состояние. По мере перехода IGBT в проводящее состояние происходит ограничение dv/dt, спад напряжения на затворе и окончательное закрывание транзистора (рисунок 2б). В результате описанного выше процесса  через IGBT протекает короткий импульс сквозного тока, который вызывает дополнительные потери мощности.

Обратите внимание, что сквозной ток, протекающий через IGBT, сложно отделить от тока перезаряда выходной емкости (рисунок 2б). Сквозной ток начинает преобладать только после того, как напряжение затвора превысит пороговое значение (приблизительно от 3 до 5 В), а емкостный ток перезаряда начинает протекать сразу же, как только начинается изменение dv/dt на коллекторе.

Чтобы уменьшить чувствительность к помехам и снизить риск паразитного включения IGBT, импеданс в цепи затвора в выключенном состоянии транзистора должен быть минимальным, а напряжение затвора близким к нулю. Для решения этой задачи иногда применяют дополнительный PNP-транзистор в цепи затвора IGBT (рисунок 2а).

В приложениях с высокой мощностью для включения и выключения IGBT часто используют уровни  управляющего напряжения затвора от +15 В до -5…-15 В соответственно.

Это обеспечивает дополнительный уровень помехоустойчивости и улучшает характеристики переключения. Однако такой подход требует создания дополнительного изолированного источника питания для IGBT верхнего плеча, что увеличивает стоимость схемы управления. Важно отметить, что если в приложении необходимо только лишь обеспечить защиту от dv/dt, то для решения проблемы может быть достаточно дополнительного конденсатора, включенного между затвором и истоком, или рассмотренного выше варианта с PNP-транзистором (рисунок 2а).

Рис. 2. Изменение напряжения dv/dt на коллекторе нижнего IGBT приводит к изменению напряжения на затворе и появлению сквозного тока

Таким образом, бывают случаи, когда увеличение рассеиваемой мощности из-за эффекта dv/dt оказывается меньшим из зол по сравнению с необходимостью создания сложной схемы управления с отрицательным напряжением для управления затвором. В любом случае индуктивность в цепи затвора должна быть минимизирована, например, за счет подключения затвора с помощью нескольких параллельных дорожек на печатной плате или применения нескольких скрученных проводов.

Компания Infineon предлагает большой выбор драйверов, отвечающих требованиям самих разных приложений. Например, схема, представленная на рисунке 3, обеспечивает простое, недорогое и эффективное решение для управления затвором IGBT. В качестве еще одного примера можно привести схему, изображенную на рисунке 4. В ней драйвер контролирует напряжение затвора, что позволяет ему при необходимости ограничивать ток и обеспечивать защиту от короткого замыкания.

Рис. 3. IR2110 обеспечивает простое, высокопроизводительное и недорогое решение для управления полумостовой схемой

Рис. 4. Схема управления IGBT с защитой от короткого замыкания

Вклад общей индуктивности эмиттера в импеданс цепи затвора

Под понятием «общая индуктивность эмиттера» понимается индуктивность, которая является общей для тока коллектора и тока затвора (рисунок 5а). Эта индуктивность определяет дополнительную обратную связь между коллектором и затвором, которая пропорциональна L·di_C/dt. Не сложно заметить, что падение напряжения на этой индуктивности вычитается из напряжения затвор-исток при включении транзистора, и добавляется к нему при выключении. Таким образом, общая индуктивность замедляет процесс переключения IGBT.

Это явление похоже на эффект Миллера, за исключением того, что оно пропорционально скорости изменения тока коллектора di/dt, а не его напряжения dv/dt. В обоих случаях обратная связь пропорциональна крутизне передаточной характеристики IGBT, которая определяется размером кристалла и используемой технологией. Значение di/dt на уровне 0,7 A/нс является распространенным для схем с IGBT. В таком случае при наличии паразитной индуктивности 10 нГн, на ней можно ожидать падения напряжения 7 В. Стоит отметить, что обратная связь замедляет процесс включения, тем самым ограничивая di_C/dt.

Простые меры предосторожности могут снизить общую индуктивность эмиттера до минимального значения, которое определяется паразитной индуктивностью корпуса транзистора. Для этого следует разделить проводники, используемые для протекания тока коллектора, и проводники, относящиеся к схеме управления затвором (рисунок 5б). При этом, чтобы дополнительно уменьшить индуктивность, необходимо свить прямой и обратный проводники в цепи затвора или разместить их параллельно, если речь идет о печатной плате. Эти методы повышают стойкость к изменению di/dt и уменьшают звон в цепи затвора.

Рис. 5. Общая индуктивность эмиттера может быть уменьшена за счет использования отдельных проводников для протекания тока коллектора и для управления затвором

Траектории переключения и область безопасной работы ОБР

При работе с большими токами и напряжениями неосновные носители могут быть неравномерно распределены по кристаллу IGBT, что в случае выхода из области безопасной работы (ОБР) приводит к отказу силового ключа. В разделе 6 руководства AN-983 от Infineon/International Rectifier рассматриваются условия, при которых это происходит.

Распределение тока внутри кристалла может быть различным и зависит от знака связанного с ним di/dt. Поэтому область безопасной работы представляется в виде двух графиков: ОБР с прямым смещением и ОБР с обратным смещением.

ОБР с прямым смещением относится к работе транзисторов в линейных режимах A и B, а также в режиме короткого замыкания, который можно рассматривать как предельный случай режима B. Данные о тепловых ограничениях при работе IGBT с импульсными токами часто включаются в график ОБР, хотя на кривой теплового отклика (Transient Thermal Response) эта же информация представляется более полно и точно. Из-за ограниченного использования IGBT в линейном режиме график ОБР с прямым смещением обычно не приводится в документации.

ОБР с обратным смещением относится к случаю выключения индуктивной нагрузки и к случаю выключения при коротком замыкании (рисунок 6). На первом этапе при отключении индуктивной нагрузки напряжение на коллекторе транзистора увеличивается от низкого значения V_CE(sat) до полного напряжения питания, при этом ток коллектора остается постоянным. После этого напряжение на коллекторе продолжает нарастать и превышает напряжение питания. Когда напряжение на коллекторе превышает напряжение питания на величину прямого падения p-n-перехода, диод, включенный параллельно индуктивности, открывается, тем самым отводя ток от транзистора. Таким образом, рабочая точка движется вдоль линии постоянного тока до тех пор, пока напряжение коллектор-эмиттер не превысит напряжение питания (рисунок 6б). Дальнейшее увеличение напряжения коллектора зависит от величины паразитной индуктивности L_S и скорости выключения.

Рис. 6. Отключение индуктивной нагрузки и траектория рабочей точки во время переходного процесса

Очевидно, что для обеспечения безопасной коммутации вся траектория переключения должна лежать внутри ОБР. Таким образом, ОБР накладывет ограничения на величину коммутируемой индуктивной нагрузки.

Вторичный пробой IGBT происходит при токах и напряжениях, которые значительно превышают типовые значения, встречающиеся в реальных приложениях. {t}{V_{CE}(i)\times i(t)dt},$$

где t — длина импульса. Зная энергию, можно рассчитать рассеиваемую мощность, для чего следует умножить энергию на частоту. При этом полагается, что потери оказываются незначительными, когда транзистор выключен i(t) ≈ 0. К сожалению, не существует простых выражений для определения напряжений и токов для IGBT в момент, когда он проводит ток. Следовательно, для упрощения мы будем разделять потери на две составляющие: статические потери проводимости и динамические потери при переключениях.

К потерям проводимости относятся потери, возникающие между окончанием интервала включения и началом интервала выключения. Обычно энергия включения измеряется в интервале времени между моментом, когда ток коллектора превышает значение 5% от номинального значения, до момента, когда напряжение «коллектор-эмиттер» падает до 5% от испытательного напряжения. Аналогично, энергия выключения измеряется с момента, когда напряжение «коллектор-эмиттер» превышает 5% от испытательного напряжения. Таким образом, потери проводимости следует отсчитывать с момента, когда напряжение «коллектор-эмиттер» составляет менее 5% от испытательного или питающего напряжения (см. руководство AN-983 от  Infineon/International Rectifier, раздел 8.4). Зависимость V_CE(i) в приведенной выше формуле определяет поведение IGBT в открытом состоянии. Эта информация представлена в документации в виде графиков и табличных значений.

Как правило, в таблицах приводится информация только для нескольких конкретных рабочих точек. Однако, используя дополнительные данные, получаемые из графиков, можно выполнить расчет потерь проводимости. Поиск максимального напряжения V_CE при любом токе и температуре делается за три шага:

1. Определите типовое значение напряжения коллектор-эмиттер V_CE из графика типовой зависимости V_CE от тока коллектора i_C для заданных значений тока и температуры кристалла.
2. Определите коэффициент разброса прямого падения напряжения V_CE. Для этого разделите максимальное значение V_CE на типовое значение V_CE, взятые из табличных данных.
3. Умножьте значение V_CE, полученное на первом шаге, на коэффициент разброса.

Умножая полученное максимальное значение V_CE на величину номинального тока и на длительность импульса, получаем энергию потерь проводимости. Если же требуется рассчитать мощность потерь, то произведение тока и напряжения следует умножать на коэффициент заполнения.

Описанный алгоритм расчета относится к случаю, когда ток коллектора имеет постоянное значение в течение интервала проводимости. Если форма сигнала в течение интервала проводимости непостоянна, то интервал следует разделить на части, и рассчитать потери проводимости для каждой из частей с последующим суммированием. В идеале самым универсальным способом является построение математической модели с аппроксимацией зависимости тока и напряжения, а также формы рабочего сигнала с дальнейшим выполнением интегрирования.

Потери при жестких переключениях

При определении динамических потерь при жестких переключениях следует отдельно рассчитывать потери при включении и потери при выключении.

Как и в случае с потерями проводимости, потери при жестких переключениях рассчитываются с учетом графиков и табличных данных, приведенных в документации.

Как поясняется в разделе 8.4 руководства AN-983 от Infineon/International Rectifier, значение энергии переключения, указанное в документации, приводится для конкретных тестовых условий и для конкретной схемы испытаний. Важно помнить, что энергия переключения значительно изменяется с температурой, и все вычисления должны проводиться с учетом данных, приведенных для заданной температуры.

Потери на включение и выключение могут быть рассчитаны с использованием методики, описанной в предыдущем разделе, с некоторыми дополнительными изменениями:

• Показатели потерь энергии должны быть масштабированы с учетом рабочего напряжения. Как уже было сказано, данные, представленные в документации, были получены при определенном значении напряжения, которое может иметь другое значение в рассчитываемой схеме.
• Точно так же сопротивление в цепи затвора тестовой схемы, применяемой в документации, может отличаться от сопротивления, используемого в фактическом приложении. В последнее время в документации приводится зависимость энергии переключения от сопротивления в цепи затвора.
• чтобы получить значение потерь мощности, следует умножить энергию переключения на частоту.

Переходной процесс при включении транзистора осложняется из-за восстановления диода, подключенного параллельно индуктивной нагрузке (рисунок 6а). Когда IGBT включается, через него начинает протекать не только ток нагрузки, но и ток восстановления обратного диода. Данные о потерях из-за встроенного диода также приводят в современной документации.

Ранее при тестировании IGBT использовалась другая тестовая схема с «идеальным диодом». Поэтому в документации приводились данные о потерях на включение без потерь на диоде. Таким образом, при необходимости эти составляющие потерь следует рассчитать по отдельности и сложить.

На рисунке 7 показана типовая форма сигналов при включении. Обратите внимание, что обратное восстановление диода увеличивает динамические потери за счет двух механизмов:

Рис. 7. Обратное восстановление диода увеличивает ток нагрузки (IRGP4066D, 400 В, 75 А, 175°C)

• из-за того, что ток восстановления диода добавляется к току транзистора, когда напряжение коллектора все еще близко к напряжению питания;
• из-за того, что уменьшение напряжения происходит с задержкой.

Как и в случае с расчетом потерь проводимости, потери при переключениях можно рассчитать с помощью относительно простых алгоритмов.

Компромисс между потерями проводимости и потерями при переключениях: оптимизация транзисторов

Для повышения эффективности преобразовательных схем компания Infineon предлагает использовать специализированные IGBT, предназначенные для работы в составе конкретных приложений. Например, существуют транзисторы, оптимизированные для питания двигателей, для индукционного нагрева, для плазменных дисплеев и т.д.

В результате номенклатура IGBT разрастается и становится достаточно разнообразной. По этой причине  поиск оптимального транзистора превращается в сложный итерационный процесс, который практически невозможно формализовать. Кроме того, разработчикам силовых схем приходится искать компромисс между потерями на переключения, потерями проводимости и требованиями устойчивости к короткому замыканию. Чтобы продемонстрировать необходимость компромисса, приведем пример сравнения различных транзисторов в рамках типовой импульсной схемы с учетом тепловых показателей.

Для сравнения различных моделей IGBT была выбрана популярная полумостовая схема, коммутирующая индуктивную нагрузку. Условия проведения испытаний приведены на рисунке 8, и могут быть изменены в соответствии с конкретным приложением. Вместо полумоста можно использовать обратноходовые или резонансные схемы. Из рисунка 8 становится видно, что изменение рабочей частоты по-разному влияет на значение максимального коммутируемого тока для разных транзисторов.

Рис. 8. Зависимость максимального коммутируемого тока от частоты переключений для трех разных IGBT

На рисунке 8 изображены результаты испытаний для следующих моделей IGBT:

• IRG7PC35SD – IGBT-транзистор, выполненный по trench-технологии с высокой плотностью и разработанный с целью получения минимального падения напряжения. Этот транзистор является идеальным выбором для резонансных приложений (с мягкими переключениями). Как и следовало ожидать, в результате испытаний IRG7PC35SD продемонстрировал отличные показатели на низких частотах.
• IRGB20B50PD1 – планарный транзистор технологии Gen 5. Несмотря на то, что IRGB20B50PD1 был разработан в конце девяностых годов, он по-прежнему остается одним из лучших транзисторов для работы на высоких частотах, несмотря на то, что падение напряжения у него выше, чем у транзисторов, выполненных по trench-технологии.
• IRGP4069D – IGBT-транзистор, производимый по trench-технологии, предназначенный для высокочастотных приложений с жесткими переключениями.

Тепловой анализ

IGBT, как и силовые МОП-транзисторы и тиристоры, имеют ограничения, связанные с тепловым режимом эксплуатации. Грамотно выполненный тепловой анализ становится ключом к их эффективному использованию. Эта тема подробно освещена в руководстве AN-1057 от Infineon/International Rectifier.

В общем случае целью теплового анализа является выбор оптимального радиатора. Для этого может потребоваться ряд расчетов, как указано в руководстве AN-949 от Infineon/International Rectifier.

Чтобы значение теплового сопротивления «корпус-радиатор» соответствовало значению, указанному в документации, следует при монтаже использовать то же самое усилие затяжки. Стоит помнить, что чрезмерное усилие затяжки приводит к деформации корпуса и может повредить кристалл. С другой стороны, недостаточный момент затяжки приводит к ухудшению теплоотвода.

Повышение температуры при работе с короткими импульсами тока может быть рассчитано с помощью кривой теплового отклика (thermal response curve), которая приводится в документации. Этот расчет рассматривается в разделе «Peak Current Rating» руководства AN-949 от Infineon/International Rectifier.

Для коротких импульсов (5 мс или менее) повышение температуры, рассчитанное с помощью кривой теплового отклика, как правило, оказывается неточным. В таких случаях требуется выполнение подробного моделирования.

Замена MOSFET-транзисторов на IGBT

Во многих высоковольтных приложениях не удается использовать МОП-транзисторы, несмотря на их отличные динамические характеристики. Причиной этого является их невысокая устойчивость к помехам и наличие значительных паразитных индуктивностей. В таких случаях IGBT становятся наиболее привлекательной альтернативой по целому ряду причин. К преимуществам IGBT можно отнести:

• минимальные потери проводимости, которые слабо зависят от температуры.
• меньшая площадь кристалла по сравнению с MOSFET, что приводит к уменьшению входной емкости, упрощению управления затвором и снижению стоимости.
• отсутствие резких перепадов di/dt и dv/dt, что обеспечивает минимальный уровень генерируемых помех и хорошие показатели ЭМС.
• высокие динамические характеристики встроенных диодов, которые значительно превосходят показатели встроенных диодов MOSFET, благодаря чему при переключениях генерируются меньшие импульсы тока. Это является большим плюсом для приложений, в которых обратный диод является обязательным элементом схемы.

Поскольку корпусные исполнения и назначение выводов у MOSFET и IGBT совпадает, то при их замене друг на друга никаких механических изменений или модификаций печатной платы не требуется.

Требования к управлению затворами IGBT и МОП-транзисторов в значительной степени совпадают. В большинстве случаев для нормального включения будет достаточно 12…15 В, а при выключении можно обойтись без отрицательных запирающих напряжений. Так как входная емкость у IGBT меньше, чем у MOSFET, то чтобы избежать звона, в ряде схем может потребоваться увеличение сопротивления резистора в цепи затвора.

Рекомендации по параллельному включению IGBT

При параллельном включении нескольких IGBT удается уменьшить потери проводимости и снизить тепловое сопротивление. В то же время потери при переключениях, наоборот, увеличиваются. Таким образом, если основной вклад в общие потери вносит динамическая составляющая, то использование параллельного включения позволит улучшить только тепловые характеристики.

Параллельное включение МОП-транзисторов можно выполнить без особых проблем из-за положительного температурного коэффициента их потерь проводимости, в то время как потери на переключения для MOSFET в значительной степени не зависят от температуры. У IGBT наблюдается обратная картина – потери проводимости слабо зависят от температуры, зато потери на переключение имеют значительный положительный температурный коэффициент. По этой причине использование параллельного включения IGBT оказывается не таким простым, как для МОП-транзисторов.

Вопросы параллельного включения МОП-транзисторов были подробно рассмотрены в руководстве AN-941 от Infineon/International Rectifier. Большинство выводов, сделанных в AN-941, справедливы и для IGBT. При необходимости читатель может ознакомиться с ними самостоятельно. Далее будут рассмотрены только те вопросы, которые характерны для IGBT.

Напряжение насыщения V_CE(on) в IGBT слабо зависит от тока и температуры, в то время как для МОП-транзисторов падение напряжения на открытом канале сильно зависит от обоих параметров. Когда два IGBT работают параллельно, напряжение V_CE(on) для обоих транзисторов будет одинаковым в «принудительном» порядке. Таким образом, при заданной нагрузке через один IGBT может протекать больше тока, чем через другой. Эта разбалансировка для малых значений токов очень часто оказывается достаточно значительной и достигает 75…100%. Само по себе неравномерное распределение токов не является чем-то критическим, однако это оказывает значительное влияние на перегрев и потери на переключения. Рассмотрим эти вопросы подробнее.

Температура перехода: Поскольку падение напряжения одинаково для обоих IGBT, то транзистор, через который протекает больше тока, рассеивает большую мощность и имеет больший перегрев кристалла. Это смягчается тремя факторами:

1. Обширные испытания показали, что неравномерное распределение нагрузки имеет тенденцию к уменьшению по мере увеличения тока. Это связано с тем, что разница в напряжениях насыщения сокращается с ростом тока. Таким образом, значительная разбалансировка при малых токах оказывается не такой значительной при больших токах.
2. Обеспечение хорошей тепловой связи между кристаллами транзисторов гарантирует, что, несмотря на значительный дисбаланс токов, температурный перепад будет находиться в пределах нескольких градусов.
3. Существуют IGBT с небольшим положительным температурным коэффициентом. Они становятся оптимальным выбором, если требуется параллельное включение транзисторов.

Потери коммутация при рассогласовании токов: вполне очевидно, что IGBT, который проводит больше тока, переключается также при большем токе. Следовательно, на него будет приходиться не только большая часть потерь проводимости, но большая часть динамических потерь на переключения.

Казалось бы, существует лавинообразный процесс, который должен привести к тому, что из-за более высоких потерь температура перегруженного IGBT превысит допустимое значение. Однако аналитический и экспериментальный анализ показал, что с увеличением тока дисбаланс между транзисторами уменьшается, а отличие температур сокращается до нескольких градусов. Это, как было сказано выше, связано с выравниванием напряжений насыщения при увеличении токовой нагрузки.

Стоит отметить, что наиболее эффективным методом борьбы с неравномерным распределением токов при параллельном включении является отбор транзисторов. Еще одной важной причиной разбалансировки являются различия в пороговых напряжениях, что особенно заметно у trench-IGBT. Таким образом, подбор транзисторов с согласованными значениями V_CE(on) и V_GS(th) является эффективным способом защиты от неравномерного распределения токов.

В дополнение к совету, озвученному в предыдущем абзаце, рекомендуется следовать рекомендациям, упомянутым в руководстве AN-941:

• Используйте отдельные резисторы затвора для устранения риска паразитных колебаний.
• Убедитесь, что транзисторы, включенные параллельно, имеют сильную тепловую связь.
• Выравнивайте значения общей индуктивности эмиттера и уменьшайте ее до величины, которая не оказывает большого влияния на общие потери коммутации на заданной частоте.
• Минимизируйте индуктивность рассеяния до значения, которое обеспечивает допустимое значение выбросов напряжения при максимальном рабочем токе.
• Убедитесь, что схема управления имеет минимальное собственное сопротивление.
• Защитные стабилитроны в цепи затвора могут вызывать колебания. Если без них не обойтись, то следует размещать их между выходом драйвера и резистором затвора.
• Помните, что конденсаторы в цепи затвора замедляют коммутацию, тем самым увеличивая рассогласование между устройствами, а также могут вызывать колебания.
• Паразитные составляющие должны быть минимизированы. Проводящий рисунок и электрические соединения должны быть максимально симметричными для всех транзисторов.

Оригинал статьи

•••

Транзисторы igbt в Украине. Цены на Транзисторы igbt на Prom.ua

Чип 30F131 GT30F131 TO-263-2, Транзистор IGBT RT

Доставка по Украине

143.65 грн

71.83 грн

Купить

Чип FGA25N120 25N120 TO-3P, Транзистор IGBT 1200В 25А +диод RT

Доставка по Украине

213.61 грн

106.81 грн

Купить

Чип FGA25N120 25N120 TO-3P, Транзистор IGBT 1200В 25А +диод DL

Доставка по Украине

209.88 грн

104. 94 грн

Купить

Интернет-магазин Delery

Чип 30F131 GT30F131 TO-263-2, Транзистор IGBT SP

Доставка по Украине

167.90 грн

83.95 грн

Купить

Shoppes

Чип FGA25N120 25N120 TO-3P, Транзистор IGBT 1200В 25А +диод SP

Доставка по Украине

237.86 грн

118.93 грн

Купить

Shoppes

Чип 30F131 GT30F131 TO-263-2, Транзистор IGBT GB

Доставка по Украине

170.24 грн

85.12 грн

Купить

Global — магазин хороших покупок!

Чип FGA25N120 25N120 TO-3P, Транзистор IGBT 1200В 25А +диод GB

Доставка по Украине

240.20 грн

120.10 грн

Купить

Global — магазин хороших покупок!

Сварочный полуавтомат инверторного типа на базе IGBT-транзисторов (MIG/MAG,MMA, 280А) Sturm AW97PA280 6,5 кВт

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

11 718 грн

Купить

Electrostaff

Чип 30F131 GT30F131 TO-263-2, Транзистор IGBT

На складе

Доставка по Украине

25 грн

Купить

PROMRV

Чип FGA25N120 25N120 TO-3P, Транзистор IGBT 1200В 25А +диод

На складе

Доставка по Украине

55 грн

Купить

PROMRV

Чип 30F131 GT30F131 TO-263-2 транзистор IGBT

На складе в г. Ровно

Доставка по Украине

35 — 189 грн

от 2 продавцов

35 грн

Купить

Магазин «Freedelivery»

Чип FGA25N120, Транзистор 1200В 25А IGBT+диод

На складе в г. Ровно

Доставка по Украине

55 — 217 грн

от 2 продавцов

55 грн

Купить

Магазин «Freedelivery»

Транзистор GT40RR22 40RR22 TOSHIBA igbt 1350V 40A

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

115 грн

Купить

INDA.COM.UA

GP50B60PD1 (IRGP50B60PD1PBF), Транзистор, IGBT 600В 75А 150кГц TO-247AC

На складе в г. Полтава

Доставка по Украине

95.20 грн

Купить

Интернет магазин «E-To4Ka»

GP4066D (IRGP4066D, IRGP4066D-EPBF) Транзистор IGBT 600В 140А 454Вт [TO-247AD]

На складе в г. Полтава

Доставка по Украине

по 96.1 грн

от 3 продавцов

96. 10 грн

Купить

Интернет магазин «E-To4Ka»

Смотрите также

GP50B60PD1 (IRGP50B60PD1PBF), Транзистор, IGBT 600В 75А 150кГц TO-247AC

На складе в г. Полтава

Доставка по Украине

95.40 грн

Купить

IT Electronics

Оригинал Транзистор IGBT FGh50N60SFD FGh50N60 40N60 TO-247

Доставка по Украине

125 грн

Купить

Интернет-магазин Antiless

Оригинал Транзистор IGBT FGH60N60SFD FGH60N60 60N60 TO-247

Доставка по Украине

145 грн

Купить

Интернет-магазин Antiless

Чип 30F131 GT30F131 TO-263-2 транзистор IGBT

На складе

Доставка по Украине

25 — 27 грн

от 2 продавцов

39 грн

27 грн

Купить

Sat-ELLITE.Net ➤ ИНТЕРНЕТ-СУПЕРМАРКЕТ

Чип FGA25N120 25N120 TO-3P, Транзистор IGBT 1200В 25А +диод

На складе в г. Ровно

Доставка по Украине

55 — 91 грн

от 3 продавцов

81 грн

57 грн

Купить

Sat-ELLITE. Net ➤ ИНТЕРНЕТ-СУПЕРМАРКЕТ

Чип FGA25N120 25N120 TO-3P, Транзистор IGBT 1200В 25А +диод

Доставка по Украине

56 грн

Купить

Интернет-магазин «Дрібниці»

Чип 30F131 GT30F131 TO-263-2, Транзистор IGBT

Доставка по Украине

по 25 грн

от 5 продавцов

25 грн

Купить

Интернет-магазин «Дрібниці»

IGBT модуль транзисторов FF600R12ME4 Infineon

Под заказ

Доставка по Украине

7 000 грн

Купить

ELEKTRO LIGHT

Чип 30F131 GT30F131 TO-263-2, Транзистор IGBT

На складе в г. Ровно

Доставка по Украине

по 25 грн

от 9 продавцов

25 грн

Купить

Чипест

Чип FGA25N120 25N120 TO-3P, Транзистор IGBT 1200В 25А +диод

На складе в г. Ровно

Доставка по Украине

по 55 грн

от 10 продавцов

55 грн

Купить

Чипест

Чип FGA25N120 25N120 TO-3P, Транзистор IGBT 1200В 25А +диод 2010-02111

На складе в г. Ровно

Доставка по Украине

55 грн

Купить

ПОЛЕЗНЫЕ МЕЛОЧИ

IGBT-транзистор 40WR21 ( GT40WR21 ) , TO3P

На складе в г. Запорожье

Доставка по Украине

206.62 грн

Купить

RadioPulse

IGBT-транзистор BTS141 , D2PAK

На складе в г. Запорожье

Доставка по Украине

230.55 грн

Купить

RadioPulse

IGBT-транзистор DG302 ( DG3C3020CL ) оригинал ( 300V,250A ) , D2PAK

На складе в г. Запорожье

Доставка по Украине

139.20 грн

Купить

RadioPulse

IGBT транзисторы по доступным ценам

Код товауа	Фото	Назва	Залишок	Вартість	Гуртові ціни	Кіл-ть	Купити
16568			пр. Слобожанский 83/3 — (5	1 шт. 192.60	1: 192.60 грн
14646			пр. Слобожанский 83/3 — (15	1 шт. 142.10	1: 142.10 грн
12206			пр. Слобожанский 83/3 — (26	1 шт. 119.80	1: 119.80 грн
01927			пр. Слобожанский 83/3 — (32	1 шт. 190.80	1: 190.80 грн 5: 179.90 грн 20: 163.60 грн
18787			пр. Слобожанский 83/3 — (3	1 шт. 24.60	1: 24.60 грн
18789			пр. Слобожанский 83/3 — (1	1 шт. 24.60	1: 24.60 грн
03938			пр. Слобожанский 83/3 — (21	1 шт. 267.90	1: 267.90 грн 5: 252.60 грн 20: 229.60 грн
15028			пр. Слобожанский 83/3 — (13	1 шт. 141.50	1: 141.50 грн
18373			пр. Слобожанский 83/3 — (65	1 шт. 85.50	1: 85.50 грн
14650			пр. Слобожанский 83/3 — (1	1 шт. 107.50	1: 107.50 грн
14644			пр. Слобожанский 83/3 — (12	1 шт. 190.70	1: 190.70 грн
14636			пр. Слобожанский 83/3 — (1	1 шт. 144.50	1: 144.50 грн

Описание о категории

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) — трёхэлектродный силовой полупроводниковый прибор, сочетающий два транзистора в одной полупроводниковой структуре: биполярный (образующий силовой канал) и полевой (образующий канал управления). Используется, в основном, как мощный электронный ключ в импульсных источниках питания, инверторах, в системах управления электрическими приводами.

Преимущества IGBT:

• высокое входное сопротивление, низкий уровень управляющей мощности;
• низкое значение остаточного напряжения во включённом состоянии;
• малые потери в открытом состоянии при больших токах и высоких напряжениях;
• характеристики переключения и проводимость биполярного транзистора;
• управление как у полевых транзисторов — напряжением.

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

IGBT транзисторы. Справочник. Характеристики и параметры.

Отечественные производители IGBT (БТИЗ) транзисторов IGBT справочник составлен из транзисторов, входящих в прайсы интернет-магазинов. Кроме того, приведены близкие по параметрам MOSFET транзисторы, которые могут составить конкуренцию IGBT (а где-то и лучше, если главным параметром становится быстродействие). IGBT транзисторы на напряжение до 600В   IGBT транзисторы на напряжение до 1200В   IGBT транзисторы частотой 1-5 кГц   IGBT транзисторы с максимальной частотой до 20кГц   Высокочастотные IGBT транзисторы   IGBT транзисторы Без диода   CoPack IGBT транзисторы С диодом   Показать все						Мощные биполярные транзисторы. Справочник с сортировкой по напряжению. Маломощные биполярные транзисторы. Справочник с datasheet. Биполярные транзисторы средней мощности. Справочник. Биполярные мощные транзисторы. Справочник с импортными аналогами. Mosfet транзисторы, конкуренты IGBT. Справочник с импортными аналогами. Справочник по smd транзисторам
IGBT	MOSFET	PDF	Imax, A/ Uce(on),В	Корпус	Примечание
Указан максимальный допустимый постоянный ток при Ткорп=100ºС и типичное падение напряжения при этом токе и Тj=150ºС
1. IGBT транзисторы на напряжение до 600В
IRG4IBC20UD			6. 0/1.87	ТО-220F	UFAST, диод, изолир корп	справочные данные на IGBT транзистор в изолированном корпусе IRG4IBC20UD
IRG4IBC20KD			6.3/2.05	ТО-220F	FAST,диод,КЗ уст, изолир крп
IRG4BC20UD	IRF840		6.5/1.87	ТО-220	UFAST, диод	IGBT и MOSFET транзисторы, аналогичные по характеристикам
IRG4BC20W			6.5/2.05	ТО-220	FAST	ультрабыстрый IGBT транзистор IRG4BC20W, справочные данные
IRG4BC15UD	SPP11N60		7.8/2.21	ТО-220	UFAST, диод	IGBT и MOSFET транзисторы
IRG4IBC30UD	SPP17N80		8.9/1.90	ТО-220F	UFAST, диод, изолир корп	IGBT и MOSFET транзисторы, близкие по характеристикам
IRG4BC30W-S			12/1. 95	D2pak	UFAST	IGBT транзистор IRG4BC30W для корректоров мощности, справочные данные
IRGS10B60KD			12/2.20	D2pak	диод, КЗ уст	IGBT транзистор с диодом IRGS10B60KD, характеристики
IRG4RC20F			12/2.04	D2pak		IGBT транзистор для поверхностного монтажа IRG4RC20F
IRG4BC30U IRG4PC30U			12/2.09	ТО-220 TO-247	UFAST	ультрабыстрые IGBT транзисторы IRG4BC30U и IRG4PC30U,, справочные данные
HGTP12N60C3			12/1.85	ТО-220	КЗ уст	IGBT транзистор HGTP12N60C3, справочные данные
HGTP12N60C3D			12/1.85	ТО-220	диод, КЗ уст	IGBT транзистор с антипараллельным диодом HGTP12N60C3, справочные данные
IRG4BC30W IRG4PC30W	SPP20N60 SPW20N60		12/1. 95	TO-220 ТО-247	UFAST	IGBT транзисторы для корректоров мощности IRG4PC30W и близкие по характеристикам MOSFET транзисторы
IRG4BC30UD IRG4PC30UD	BUZ30A IRFP460		12/2.09	TO-220 ТО-247	UFAST, диод	ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом IRG4PC30UD, характеристики и близкие MOSFET аналоги
HGTG12N60B3			12/1.70	ТО-247	FAST	HGTG12N60B3 — ультрабыстрый IGBT транзистор, характеристики
HGTG12N60C3D			12/1.85	ТО-247	диод, КЗ уст	HGTG12N60C3 — IGBT транзистор с диодом, параметры
SKP15N60	IRFP360 IRFP22N60		15/2.30	ТО-220	UFAST,диод,КЗ уст	SKP15N60 — ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом в корпусе TO-220, характеристики и близкие MOSFET аналоги
IRG4BC30K-S IRG4BC30K			16/2. 36	D2Pak TO-220	FAST,КЗ уст	IRG4BC30K-S и IRG4BC30K — IGBT транзисторы, оптимизированные под управление электродвигателями
IRG4BC30KD-S IRG4BC30KD IRG4PC30KD	IRFP27N60		16/2.36	D2Pak TO-220 TO-247	FAST,диод,КЗ уст	ультрабыстрые IGBT транзисторы IRG4BC30KD-S, IRG4BC30KD, IRG4PC30KD, справочные данные, MOSFET транзистор IRFP27N60
IRG4BC30FD-S IRG4PC30FD			17/1.70	D2Pak TO-247	+ диод	IGBT транзисторы IRG4BC30FD и IRG4PC30FD с низким падением напряжения, справочные данные
IRG4BC30F			17/1.70	ТО-220		IGBT транзистор IRG4BC30F с низки падением напряжения
IRG4PC30S			18/1.45	ТО-247		IGBT транзистор IRG4PC30S с низким падением напряжения
IRGS8B60K			19/2. 70	D2pak	КЗ уст	IGBT транзистор IRGS8B60K, справочные данные
IRG4BC40U IRG4PC40U	IRFP27N60		20/1.70	ТО-220 TO-247	UFAST	характеристики IGBT транзисторов IRG4BC40U и IRG4PC40U, MOSFET транзистор IRFP27N60 с аналогичными параметрами
IRG4PC40UD	IRFP31N50 IRFP27N60		20/1.70	ТО-247	UFAST, диод	IGBT и MOSFET транзисторы, близкие по характеристикам
IRG4BC40W IRG4PC40W			20/1.90	ТО-220 TO-247	UFAST	IGBT транзисторы для PFC IRG4BC40W и IRG4PC40W
HGTG20N60B3			20/2.10	ТО-247	FAST, КЗ уст	ультрабыстрый IGBT транзистор HGTG20N60B3, характеристики
HGTG20N60B3D			20/2.10	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст	IGBT с антипараллельным диодом HGTG20N60B3D, справочные данные
IRGB20B60PD1 IRGB20B60PD			22/3. 30	ТО-20 TO-247	UFAST, диод	ультрабыстрый IGBT транзистор IRGB20B60PD с диодом
IRGP4062D	IRFPS40N60		24/2.03	ТО247	UFAST,диод,КЗ уст	ультрабыстрый IGBT и MOSFET транзисторы IRGB20B60PD и IRFPS40N60, характеристики
IRG4PC40K			25/2.14	ТО-247	FAST, КЗ уст	быстрый IGBT транзистор IRG4PC40K на ток до 25А
IRG4PC40KD			25/2.14	ТО-27	FAST, диод, КЗ уст	IGBT с диодом IRG4PC40KD
IRG4BC40F IRG4PC40F			27/1.6	ТО-220 TO-247		IGBT с низким падением напряжения IRG4PC40F, среднечастотного диапазона
IRG4PC40FD			27/.56	ТО-247	+диод
IRG4PC50UD	IRFPS40N50		27/1. 60	ТО-247	UFAST, диод	ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом IRG4PC50UD, справочные данные
IRG4PC50W			27/1.71	ТО-247	UFAST	IGBT и MOSFET транзисторы IRG4PC50W и IRFPS40N50, справочные данные
SGP30N60			30/2.50	ТO-220	FAST, КЗ уст	IGBT транзистор SGP30N60, устойчивый к короткому замыканию
SGW30N60			30/2.50	ТО-247	FAST, КЗ уст	IGBT транзистор SGW30N60, характеристики и параметры
IRG4PC50K			30/1.84	ТО-247	FAST, КЗ уст.	igbt IRG4PC50K на ток до 30А
IRG4PC50KD			30/1.84	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст.	igbt транзистор IRG4PC50KD с диодом, на ток до 30А
IRGP35B60PD			34/3. 00	ТО-247	UFAST, диод	ультрабыстрый igbt с диодом IRGP35B60PD, характеристики
IRG4PC50F			39/1.53	ТО-247		мощный медленный, но зато с низким падением напряжения igbt IRG4PC50F
IRG4PC50FD			39/1.53	ТО-247	+диод	мощный igbt транзистор с диодом IRG4PC50FD
HGTG40N60B3	IPW60R045		40/1.50	ТО-247	FAST, КЗ уст	Ультрабыстрые IGBT транзисторы HGTG40N60B3, справочные данные
IRG4PC50S			41/1.28	ТО-247		мощные IGBT транзисторы IRG4PC50S, параметры
IRGP50B60PD1			45/3.10	ТО-247	UFAST,диод	мощный ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом IRGP50B60PD, характеристики
IRGP4063D			48/2. 05	ТО-247	UFAST,диод,КЗ уст	мощный IGBT IRGP4063D — транзистор, устойчивый к короткому замыканию
IRGP4068D			48/2.05	ТО-247	UFAST,диод,КЗ уст	мощный IGBT транзистор, устойчивый к короткому замыканию IRGP4068D
IRGS30B60K IRGB30B60K			50/2.60	D2pak ТО-220	КЗ уст.	мощные IGBT транзисторы IRGS30B60K и IRGB30B60K
SGW50N60			50/3.15	ТО-247	FAST, КЗ уст	мощный быстрый IGBT транзистор SGW50N60, устойчивый к короткому замыканию
IRG4PSC71K			60/1.81	S-247	FAST,КЗ уст	мощный быстрый IGBT транзистор IRG4PSC71K, устойчивый к короткому замыканию
IRG4PSC71KD			60/1.81	S-247	FAST,диод,КЗ уст	мощный быстрый IGBT транзистор IRG4PSC71KD, с диодом, устойчивый к короткому замыканию
IRG4PSC71U			60/1. 71	S-247	UFAST	мощный ультрабыстрый IGBT транзистор IRG4PSC71U
IRG4PSC71UD	IRFP4668		60/1.71	S-247	UFAST, диод	мощный ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом IRG4PSC71UD и MOSFET транзистор IRFP4668
IXGH60N60C2			60/1.80	TO-247	UFAST	мощный ультрабыстрый IGBT транзистор IXGH60N60C2 и близкий по току MOSFET
2. IGBT транзисторы на напряжение до 1200В
SGP02N120			2.8/3.70	ТО-220	FAST, КЗ уст	igbt 1200v, 2.8A
IRG4Ph30K	IRFPG50		5.0/2.84	О-247	КЗ уст	igbt на ток до 5А
IRG4Bh30K-S			5.0/2.84	2Pak	КЗ уст	igbt на напряжение до 1200В
SGP07N120			8. 0/3.70	ТО-220	FAST, КЗ уст	ультрабыстрый igbt, напряжение до 1200В
IRG4Ph40K			10/3.01	ТО-247	FAST, КЗ уст	ультрабыстрый igbt транзистор, напряжение до 1200В
IRG4Ph40KD			10/3.01	ТО-247	FAST, диод,КЗ уст	ультрабыстрый igbt с диодом, ток до 10А
IRG4Ph50KD			15/2.53	ТО-247	FAST, диод,КЗ уст	igbt с диодом, ток до 15А
BUP203			15/4.00	ТО-220	FAST, 1000В	IGBT транзистор BUP203, характеристики
SKW15N120			15/3.70	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст	igbt с диодом, ток до 10А
IRG7Ph40K10D			16/2.60	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст.	ультрабыстрый IGBT транзистор IRG7Ph40K10D, справочные данные
BUP314S			17/4. 60	ТО-21	FAST	igbt, ток до 17А
IRGPh50F			17/3.00	ТО247		транзистор igbt, напряжение до 1200В
BUP213			20/3.60	ТО-220	FAST	транзистор igbt, ток до 20А
IRGP20B120U-E			20/3.89	ТО-247	UFAST, КЗ ст.	транзистор igbt, напряжение до 1200В
IRGP20B120UD-E			20/3.89	ТО-247	UFAST,диод,КЗ ут.	транзистор igbt, ток до 20А
IRG4Ph50U			21/2.47	ТО-247	UFAST	транзистор igbt, ток до 21А
IRG4Ph50UD			21/2.47	ТО-247	UFAST, диод	высоковольтный транзистор igbt, ток до 21А
IRG7Ph40K10	IPW90R120		23/4. 00	ТО-247	КЗ уст.	IGBT транзистор IRG7Ph40K10, подробные характеристики
IRG4PH50KD			24/2.54	ТО-247	FAST, диод,КЗ ус
IRG4PH50U			24/2.54	ТО-247	UFAST
IRG4PH50UD			24/2.54	ТО-247	UFAST, диод
SGW25N120			25/3.70	ТО-247	FAST, КЗ уст
SKW25N120			25/3.70	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст
IRG4PF50W			28/2.12	ТО-247	UFAST, 900В
IRG4PF50WD			28/2.12	ТО-247	UFAST, диод, 900В
IRGP30B120KD			30/2.98	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст.
BUP314			33/3.80	ТО-218	FAST
BUP314D			33/3.80	ТО-218	UFAST, диод	IGBT транзистор с диодом BUP314D , справочные данные
HGTG27N120B			34/3.90	ТО-247	FAST, КЗ уст
IRGPS40B120U			40/3.88	S-247	UFAST, КЗ уст	мощный ультрабыстрый высоковольтный IGBT IRGPS40B120U
IRG4PSH71K			42/2.60	S-247	FAST, КЗ уст	мощный быстрый высоковольтный IGBT транзистор IRG4PSH71K
IRG4PSH71KD			42/2.60	S-247	FAST,диод,КЗ уст	мощный быстрый высоковольтный IGBT транзистор с диодом IRG4PSH71KD
IRG4PSH71U			50/2.40	S-247	UFAST	мощный ультрабыстрый высоковольтный IGBT транзистор IRG4PSH71U
IRG4PSH71UD			50/2. 25	S-247	UFAST, диод
IRG7Ph52U			60/3.10	ТО-247	UFAST	мощный ультрабыстрый высоковольтный IGBT транзистор IRG7Ph52U, характеристики
IRGPS60B120KD			60/3.04	S-247	FAST,диод, КЗ уст	мощный IGBT транзистор с диодом IRGPS60B120KD
IRG7PSH73K10			75/2.60	S-247	FAST,КЗ уст	мощный устойчивый к короткому замыканию IGBT транзистор IRG7PSH73K10
						На главную

Оригинальные силовые биполярные IGBT транзисторы из Китая и немного о ремонте

Обзор специфичный, но наверняка кому-то будет полезен. Будет много технической информации, прошу понять и простить.

Длинная, но полезная предыстория

Иногда мне попадается на ремонт различная силовая электроника, например сварочные инверторы, преобразователи напряжения и частоты, приводы, блоки питания и т. п. Их ремонт часто связан с заменой различных силовых элементов (мосты, конденсаторы, реле, транзисторы MOSFET и IGBT). В магазинах чип и дип, компел, платан, элитан их купить в принципе не проблема, но оригинальные элементы стоят очень недёшево и с учётом доставки вызывают грусть-печаль…
В заначке у меня лежит немного разных силовых элементов для быстрого ремонта всячины, но когда требуется 8 одинаковых транзисторов, дело немного осложняется…

Есть 3 основные причины поломки такой техники:
1. Неправильная эксплуатация самим пользователем — это основная причина поломки аппаратов.
Существует куча способов убить исправный аппарат, перечислять их можно бесконечно…
2. Косяки производителя — некачественные элементы и сборка. В данном случае иногда помогает гарантия (но далеко не всегда).
3. Естественный износ — происходит, если аппаратом пользоваться очень аккуратно или редко за длительный период времени. Как правило, до естественного износа аппараты не доживают 🙁

На этот раз в ремонт попал сварочный инвертор Сварог ARC205 (Jasic J96) после неудачного ремонта в мастерской. Изначальная причина выхода их строя была №2 и затем аппарат добили в мастерской Очень часто после таких «ремонтов» аппараты восстановлению уже не подлежат, т.к. отсутствуют крепёжные элементы и появляются дополнительные механические и электрические повреждения. Так и в этот раз — половина крепежа утеряна, не хватает прижимных планок, транзисторы стоят все пробитые и разные, причём которые в принципе тут работать не могли. Первопричиной неисправности явился конструктивный недостаток этого инвертора — плата управления своими элементами касалась металлической рамы. Это и привело к сбою работы управляющей схемы и выходу из строя IGBT транзисторов, а затем драйвера и схемы плавного пуска. Ремонт получался либо быстро и дорого, либо приемлемо но долго, поэтому хозяин аппарата решил его не восстанавливать и просто отдал на запчасти. Такое часто бывает… Если-бы ремонт сразу проводил нормальный мастер, проблем с восстановлением было-бы заметно меньше.
Фото внутренностей сварочника в исходном виде я не делал, т. к. писать этот обзор не планировал.
Т.к. этот сварочник более-менее приличный, решил его неспешно восстановить для себя 🙂

О подборе

При замене транзисторов, вовсе не обязательно ставить точно такие-же, как стояли с завода. Кроме того, зачастую родные транзисторы стоят не лучшего качества, ибо китайский производитель также пытается сэкономить иногда в ущерб надёжности работы. В интернете мало информации по принципам подбора аналогов, поэтому напишу из собственного опыта.
Основными критериями при подборе IGBT транзистора в сварочный инвертор являются:
1. Наличие встроенного диода. Обычно он необходим всегда, кроме схемы подключения «косой полумост», где его наличие непринципиально.
2. Максимальное напряжение коллектор-эмиттер. В бытовых сварочниках на 220В почти всегда, за редким исключением, стоят транзисторы на 600-650 вольт. Туда можно ставить только транзисторы на 600 (650) вольт. Транзисторы на 900 и 1200 вольт ставить нельзя — они будут перегреваться за счёт повышенного падения напряжения, к тому-же и стоят они дороже.
3. Максимальный ток коллектора. Обычно используют транзисторы на 30А, 40А или 60А (при температуре 100°C). На ток при температуре 25гр внимание не обращаем ибо важен именно реальный рабочий режим.
4. Входная ёмкость затвора. Желательно, чтобы ёмкость была не более, чем у родных транзисторов, чтобы не перегружать драйвер и не затягивать фронты импульсов.
5. Время включения и особенно отключения. Должно быть не более, чем у родных, чтобы не греть транзисторы коммутационными потерями.
6. Напряжение насыщения. Должно быть не более, чем у родных транзисторов, чтобы не греть транзисторы омическими потерями.
7. Если транзисторы стоят на изоляционных прокладках, на максимальную мощность внимания можно вообще не обращать — всё равно термопрокладка не позволит передать радиатору более 50Вт рассеиваемой мощности. Если транзисторы установлены на отдельные изолированные радиаторы, на мощность уже следует смотреть, т.к. при этом из транзисторов выжимается максимум мощности (там их часто ставят в уменьшенном количестве 2 шт в полумост или 4шт в мост).
Для MOSFET критерии подбора немного другие, но общий принцип тот-же.
— Встроенный диод имеется всегда т.к. он автоматически получается в технологическом процессе производства
— Время включения и отключения не имеет большого значения, т.к. оно заведомо меньше требуемого (мосфеты весьма шустрые элементы)
— Вместо напряжения насыщения огромное значение имеет сопротивление открытого канала — чем оно меньше, тем будут меньше омическиие потери

О качестве

Под видом оригинальных, китайский продавец может прислать элементы сильно разного качества — неисправные, перемаркированные, либо восстановленные. На странице заказа фото товара можно не смотреть — показать могут и оригинал, а прислать не то.
Заказывая товар недорого у непроверенного продавца, Вам наверняка пришлют товар низкого качества, даже не сомневайтесь. Этот вариант для меня совершенно неприемлем, ибо нужны гарантированно качественные новые элементы.
Основные категории данного товара:
1. Неисправные — пустышки без кристалла, либо пробитые. Работать естественно не могут никак.
2. Восстановленные бывшие в употреблении — имеют кривые короткие либо кустарно наваренные выводы, которые ломаются при попытке их согнуть. Как правило, работают нормально, но у них есть неприятная особенность — их параметры довольно сильно гуляют у каждого экземпляра, что иногда неприемлемо.
3. Перемаркированные — берут транзистор меньшей мощности, спиливают или затирают маркировку и наносят новую для покупателя. Иногда уже при изготовлении берут кристалл от маломощного транзистора (для TO-220) и помещают его в корпус TO-3PN, TO-247. Такие элементы зачастую работают, но как правило недолго, иногда всего несколько секунд…
4. Оригинальные — тут всё понятно без комментариев 🙂

Представляю на обзор оригинальные биполярные IGBT транзисторы FGA40N65SMD от ON Semiconductor (Fairchild Semiconductor)
www.onsemi.com/products/discretes-drivers/igbts/fga40n65smd
www. onsemi.com/pub/Collateral/FGA40N65SMD-D.pdf
Почему я выбрал именно эти транзисторы? Да приглянулись они мне 🙂 Мог с тем-же успехом заказать для ремонта например FGh50N60SMD и кучу других аналогичных по параметрам.
Почему именно 10шт, когда нужно всего 8шт? Да не продаются они по 8шт 🙂

Почтовый пакет

Посылку доставили неожиданно быстро — всего за 2 недели.
Продавец запаял транзисторы под вакуумом в антистатический пакет

Основные параметры из даташита:
Корпус TO-3PN
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер: 650В
Максимальный постоянный ток коллектора при 100°C: 40А
Максимальная рассеиваемая мощность при 100°C: 174Вт
Номинальное напряжение насыщения коллектор-эмиттер: 1,9В
Номинальная входная ёмкость затвора при напряжении коллектор-эмиттер 30В: 1880пФ
Номинальное время включения / отключения: 12нс / 92нс
Транзисторы имеют встроенный обратный силовой диод, необходимый для работы в мостовом включении инвертора.
Остальные параметры большого значения не имеют.

В оригинальности транзисторов я нисколько не сомневаюсь, т.к. по опыту интуитивно их определяю.
Но для обзора сделал несколько измерений.
Ничего магнитного внутри естественно нет.
Толщина выводов и корпуса соответствуют норме

Остальные размеры также в норме

Напряжение насыщения коллектор — эмиттер при токе 10А и напряжении на затворе 10В составило 1,36В — норма

Транзисторы в партии имеют очень небольшую разницу емкостей затвор — эмиттер 2726 — 2731пФ (измерено E7-22 при не подключенном выводе коллектора). Стабильность — это косвенный показатель качества.

Небольшое замечание — некоторые пытаются определять оригинальность транзистора по ёмкости затвора. Да, это в какой-то степени возможно, но только если измерять правильно и при этом правильно анализировать результаты.
Так вот, измерять ёмкость затвора надо именно на переменном токе при конкретном напряжении коллектор-эмиттер, причём нулевое напряжение не означает висящий в воздухе коллектор.

Измеренная ёмкость затвор-эмиттер сильно зависит от измерительного прибора, что не удивительно для нелинейного элемента.
Например, один и тот-же транзистор показывает входную ёмкость 2726пФ на положительной полярности и 3381пФ на отрицательной полярности прибором UT71E, 2660пФ и 2750пФ в зависимости от полярности тестером элементов MG328 VanVell ELC, 2860 пФ в обе стороны прибором E7-22

Ёмкость затвор — эмиттер при разном напряжении эмиттер-коллектор
Измерял E7-22 на 1кГц
0В — 3920пФ
1В — 3130пФ
2В — 2750пф
3В — 2570пФ
5В — 2380пФ
10В — 2200пФ
20В — 2000пФ
30В — 1830пФ

Для сравнения, измерил ёмкость затвор-эмиттер некоторых других оригинальных IGBT.
FGh50N60SMD — 2860пФ
FGH60N60SMD — 4410пФ
HGTG40N60A4 — 2270пФ

Взвешивать, поджигать, грызть и ломать транзисторы я не стал ибо в данном случае это не имеет никакого практического смысла.
Если интересно, что внутри сгоревших транзисторов, то вот два из них HGTG30N60A4 (слева и в центре) и FGh50N60SFD (родной)

HGTG30N60A4 вообще без диода и в принципе не мог нормально работать в этой сварке 🙁

Немного о ремонте

После разборки, аппарат очистил от грязи и пыли, провёл первичную диагностику, выпаял все неисправные элементы, подобрал им замену. Доступная схема аппарата неплохо помогает ремонту. Проверил состояние термопрокладок на пробой и повреждения. Восстановил цепь заряда конденсаторов, восстановил драйвер. Перепаял на другую сторону проблемный конденсатор на плате управления (который касался рамки)

Проверил осциллографом форму импульсов с драйверов на затворы транзисторов (которые ещё не впаяны).

Смазал прокладку термопастой КПТ-8, прилепил её на место, смазал транзисторы ей-же, вставил их на место, прикрутил к радиатору и только потом запаял. Очистил плату от флюса, всё ещё раз проверил.




Отдельно подал питание на систему управления и ещё раз проверил форму импульсов на затворах транзисторов (они пока без силового питания). Если всё в норме — подключаем сварочник в сеть через ЛАТР и лампу накаливания 100Вт или 95Вт. Это позволяет вовремя и безопасно диагностировать дополнительные проблемы в работе устройства. Прямое включение сварочника после ремонта иногда приводит к неприятностям. Плавно увеличиваю входное напряжение до запуска аппарата. Проверяю, что реле сработало, вентилятор крутится, на выходе появилось напряжение и лампа при этом не горит. При плавном повышении напряжения до полного сетевого, лампа не должна загораться. Если всё прошло нормально, устанавливаю крышку на место и включаю сварочник в сеть. Проверять его на электрод пока нельзя, т.к. необходимо убедиться в нормальной работе ограничения тока. При её неисправности, сварочник тут-же сгорит при касании электродом свариваемой детали. Для проверки работы токоограничения, необходим балласт и токовые клещи на постоянный ток или шунт ампер на 200. Я в качестве балласта использую толстую нихромовую спираль сопротивлением около 0,15 Ом.

Убедившись, что ток в замкнутой цепи регулируется в нужных пределах, можно приступать к тестовой сварке на токах от минимума до максимума.
В данной сварке ток нормально регулировался от 25А до 195А
Т.к. штатный ремень неудобен для оперативной переноски, на корпус была приклёпана дверная ручка 🙂

Более подробную информацию о ремонтах сварочников можно легко найти в интернете (например от Измаил инвертор)

Вывод: при желании, в Китае вполне возможно купить качественные оригинальные комплектующие. Покупайте в проверенных магазинах и Вам не придётся изучать, чем подделка отличается от оригинала. Магазин могу смело рекомендовать, теперь с них должок за рекламу 🙂
p.s. сварочные провода из этого обзора я делал для этого сварочника.
p.p.s. судя по комментариям, когда я товар ругаю, нахожу поддержку аудитории, но когда нормальный товар начинаю хвалить — сразу идут необоснованные обвинения во всех грехах. Это похоже местная традиция…

Биполярный транзистор с изолированным затвором

IGBT » Electronics Notes

IGBT используются для многих силовых переключений и других силовых приложений, и они представляют собой объединение технологий полевых транзисторов и биполярных транзисторов.

---

Полевые транзисторы, полевые транзисторы Включает:
Основные сведения о полевых транзисторах Технические характеристики полевого транзистора JFET МОП-транзистор МОП-транзистор с двойным затвором Мощный МОП-транзистор MESFET / GaAs полевой транзистор ХЕМТ И ФЕМТ Технология FinFET БТИЗ Карбид кремния, SiC MOSFET GaN FET / HEMT

---

Биполярные транзисторы с изолированным затвором или IGBT представляют собой форму дискретных полупроводниковых устройств, которые обычно используются для силовых приложений: источники питания, силовые переключатели и т. д.

Преимущество IGBT-транзисторов состоит в том, что они сочетают в себе многие характеристики МОП-транзисторов и биполярных транзисторов, обеспечивая возможность обработки высокого напряжения и тока биполярных транзисторов с высокой скоростью переключения и низким током затвора мощных МОП-транзисторов.

Потребность в биполярных транзисторах с изолированным затвором, IGBT, возникла из-за того, что как МОП-транзисторы, так и транзисторы с биполярным переходом, BJT, имеют свои ограничения, особенно когда речь идет о сильноточных приложениях.

Соответственно, изобретение IGBT-транзистора позволило объединить преимущества обоих типов устройств в одном полупроводниковом устройстве.

IGBT также упоминается под несколькими другими названиями, включая: и IGT: транзистор с изолированным затвором, IGR: выпрямитель с изолированным затвором, COMFET: полевой транзистор с модуляцией проводимости, GEMFET: МОП-транзистор с улучшенным коэффициентом усиления, BiFET: биполярный полевой транзистор и инжекторный полевой транзистор.

Типовой дискретный полупроводниковый прибор IGBT

История и развитие IGBT

Эта форма полупроводникового устройства была впервые продемонстрирована в 1979 году исследователем по имени Балига, а затем в 1980 году Пламмером и Шарфом, а также Лейпольдом, а затем Тиханьи.

Эти первоначальные результаты были затем расширены пару лет спустя, в 1982 году, Бекке и Уитли, а также Балига.

Хотя первоначальная концепция была создана, устройство не использовалось в коммерческих целях в электронных схемах до конца 1980-х годов. По прошествии этого времени технология не только улучшилась, но и ее использование увеличилось, поскольку технология стала более устоявшейся, и инженеры увидели, как эти устройства можно использовать в своих электронных конструкциях для переключения питания и других приложений питания.

символ цепи IGBT

Как и следовало ожидать, символ схемы для биполярного транзистора с изолированным затвором, IGBT сочетает в себе биполярный транзистор и полевой МОП-транзистор.

Символ схемы IGBT

Из символа схемы видно, что IGBT имеет три вывода: коллектор, эмиттер и затвор, а устройства, из представления символа схемы, имеют основной ток, протекающий между коллектором и эмиттером, аналогичный протеканию биполярного транзистора. а управляющая клемма представляет собой затвор, аналогичный затвору полевого МОП-транзистора.

IGBT, биполярный транзистор с изолированным затвором, основы

IGBT

имеют три вывода, как и полевые МОП-транзисторы с одним затвором и биполярные транзисторы, но внутри они состоят из четырех слоев полупроводника чередующихся P и N типов.

Устройство является однонаправленным, в отличие от силового полевого МОП-транзистора, который является двунаправленным, и хотя структура IGBT кажется такой же, как у тиристора с МОП-затвором, действие тиристора подавляется, и происходит только действие транзистора.

БТИЗ рассчитан на быстрое отключение, поэтому его часто используют для создания сигналов с широтно-импульсной модуляцией. При использовании с фильтрами нижних частот это позволяет этим устройствам управлять потоком мощности на различные формы нагрузки.

Сравнение IGBT, мощных полевых МОП-транзисторов и мощных биполярных транзисторов
Характеристика	БТИЗ	Силовой МОП-транзистор	Мощность биполярная
Текущий рейтинг	Высокий	Низкий	Высокий
Номинальное напряжение	Очень высокий	Высокий	Высокий
Скорость переключения	Средний	Быстро	Медленный
Входное сопротивление	Высокий	Высокий	Низкий
Выходное сопротивление	Низкий	Средний	Низкий

Преимущества и недостатки IGBT

Как и следовало ожидать, IGBT имеют ряд преимуществ и недостатков по сравнению с другими полупроводниковыми устройствами, такими как биполярный транзистор или мощный полевой МОП-транзистор, и их необходимо тщательно сбалансировать при рассмотрении возможности их использования в электронной конструкции.

Преимущества IGBT

• Обладает высокими характеристиками по напряжению и току по сравнению с биполярным транзистором или мощным MOSFET
• Обычно они не фиксируются так, как тиристоры
• Может переключать высокие уровни тока с помощью низкого управляющего напряжения
• IGBT имеет очень низкое сопротивление во включенном состоянии, что идеально подходит для многих приложений переключения мощности
• Обладает очень высоким входным сопротивлением
• Управляется напряжением (как МОП-транзистор), поэтому для переключения высоких уровней тока требуется очень небольшой ток
• Сигналы управления затвором просты в реализации и не требуют сложной схемы. Простое положительное напряжение для включения IGBT и ноль для его выключения
• Высокая плотность тока и, следовательно, малый фактический размер кремниевой микросхемы, а это означает меньшие размеры корпусов для данного уровня тока
• Более высокий коэффициент усиления по мощности, чем у биполярного транзистора или полевого МОП-транзистора
• IGBT имеет более высокую скорость переключения по сравнению с биполярным транзистором
• Они демонстрируют более низкое отношение емкости затвор-коллектор к емкости затвор-эмиттер, чем конкурирующие устройства, и это приводит к улучшенным характеристикам эффекта обратной связи Миллера — в результате они переключаются быстрее, чем биполярные транзисторы

Недостатки IGBT

• Однонаправленный — не может работать на переменном токе без дополнительной схемы
• Обладает более низкой скоростью переключения, чем MOSFET
.
• Не удается заблокировать высокое обратное напряжение
• Могут возникать проблемы с фиксацией из-за структуры PNPN, которая имеет тиристорную структуру внутри устройства, хотя уровни легирования должны подавлять действие тиристора
• Дороже, чем биполярный транзистор или мощный МОП-транзистор

Это некоторые из наиболее очевидных преимуществ и недостатков использования IGBT, но могут быть и другие соображения при изучении возможности их использования для конкретной электронной конструкции.

Благодаря своим преимуществам IGBT популярны во многих коммутационных устройствах средней мощности. Их можно использовать с переменным током, но для обеспечения двунаправленной работы им требуются дополнительные схемы.

Для двунаправленной работы IGBT обычно требуется два устройства с противоположной полярностью, чтобы обеспечить возможность согласования обеих половин цикла: эти схемы идеально подходят для силового переключения и других силовых приложений.

Применение БТИЗ

Биполярный транзистор IGBT с изолированным затвором используется во многих силовых приложениях.

Эти полупроводниковые устройства очень полезны для многих электронных схем, потому что они пересекают границы между технологией биполярных транзисторов и мощными полевыми транзисторами. Это означает, что они используются в различных силовых установках:

• Различные формы управления двигателем и тягой
• Импульсные источники питания
• Преобразователи постоянного тока в переменный
• Широтно-импульсная модуляция для различных арен
• Электроприводы переменного и постоянного тока
• Управление различными формами индуктивной нагрузки

Типовое дискретное полупроводниковое устройство IGBT

Физическая структура IGBT

Структура IGBT представляет собой относительно сложный полупроводниковый прибор по сравнению с базовым биполярным транзистором или полевым МОП-транзистором.

IGBT использует оба типа носителей, то есть дырки и электроны, для работы полупроводникового устройства.

Вход напоминает полевой МОП-транзистор и обеспечивает высокое входное сопротивление и рабочее напряжение для устройства, а выход напоминает выход биполярного транзистора.

На самом деле устройство можно рассматривать как тиристор с MOSFET-транзистором на входе, точнее, этот входной элемент представляет собой устройство DMOS.

Это видно из эквивалентной схемы IGBT.

Эквивалентная схема IGBT

В этой эквивалентной схеме видны различные компоненты. Вход представляет собой полевой МОП-транзистор, а на его выходе — сопротивление Rd, которое представляет собой сопротивление области дрейфа. TR2 — это паразитный NPN-транзистор, который фактически присутствует в любом MOSFET и, следовательно, во всех IGBT.

Область корпуса устройства имеет определенное сопротивление, которое обозначается Rb.

Два транзистора, TR1 и TR2, образуют паразитную тиристорную структуру. Действие тиристора подавляется путем обеспечения таких уровней легирования, чтобы общий коэффициент усиления был меньше единицы. Если NPN-транзистор TR2 когда-либо включается, а коэффициенты усиления TR1 и TR2 превышают единицу, происходит защелкивание. Однако проблемы с защелкиванием обычно удается избежать благодаря структуре устройства и уровням легирования.

Используя эту структуру, можно достичь низкого напряжения насыщения, аналогичного низкому сопротивлению в открытом состоянии, обеспечиваемому полевыми МОП-транзисторами, при сохранении относительно быстрой характеристики переключения.

Хотя характеристики переключения относительно быстрые, следует помнить, что они все же уступают характеристикам мощного MOSFET.

Фактическая физическая структура IGBT состоит из четырех слоев, и хотя точная используемая структура будет меняться от одного производителя к другому или даже от разных линеек одного и того же производителя, основные принципы останутся неизменными. Область N+ вокруг эмиттера присутствует не во всех этих полупроводниковых устройствах, как подробно описано ниже в разделе, описывающем различные типы IGBT

Физическая структура вертикального N-канального IGBT

Из структуры видно, что он во многом похож на тиристор, в частности, на управляемый МОП-транзистор, но работает совершенно по-другому.

В структуре, показанной выше, есть несколько областей, каждая из которых выполняет различные функции в рамках всего устройства.

• Область подачи подложки P+:   Это ближайший к коллектору слой, который часто называют областью подачи. Это низкоомная подложка.
• Область дрейфа N-:   Над подложкой P+ присутствует область материала N-. Это известно как область дрейфа. Толщина этой области определяет блокирующую способность IGBT, и эта область обычно может иметь толщину около 50 мкм и быть слегка легированной с уровнем легирования, возможно, около 10 ¹⁴ см ^-3 .
• Слой P+, область корпуса:   Он состоит из слоя P+ и во многих БТИЗ находится ближе всего к эмиттеру.
• Слой N+ в области корпуса:   В некоторых БТИЗ есть слой N+, ближайший к эмиттеру.

Как и тиристор, БТИЗ обычно изготавливают с использованием кремния, так как он обеспечивает хорошую теплопроводность и позволяет пробивать при высоком напряжении.

Обычно устройства изготавливаются в виде отдельных дискретных элементов, поскольку изготовление нескольких устройств на одном кристалле часто приводит к поломке.

Хотя вертикальная структура была показана выше, также возможно использовать структуру материала для IGBT, как показано ниже. Это менее распространено, но все же используется.

N-канальный IGBT — боковая структура

Наиболее распространенным форматом для IGBT является N-канальный, хотя возможно изготовление дополнительных устройств с использованием P-канала. Они имеют противоположные типы легирования и работают с обратной полярностью напряжения.

Чаще всего используются термины затвор, коллектор и эмиттер, хотя широко используются затвор, анод, катод, а иногда можно увидеть сток затвор-исток.

Типы БТИЗ

Транзистор

IGBT можно классифицировать двумя основными способами в зависимости от того, имеют ли они буферный слой N+ в P-слое, ближайшем к эмиттерному электроду.

В зависимости от того, имеют ли они N+, позже они упоминаются либо как сквозные IGBT, либо как непробочные IGBT.

• Проходные IGBT, PT-IGBT: Проходные IGBT, PT-IGBT имеют область N+ у эмиттерного контакта. Из-за структуры PT-IGBT иногда называют асимметричными IGBT
.
• БТИЗ без пробивки, NPT-IGBT : БТИЗ без пробивки не имеют дополнительной области N+ у эмиттерного контакта. Благодаря структуре NPT-IGBT их также называют симметричными IGBT.

БТИЗ PT и NPT имеют ряд различных свойств, обусловленных их структурой.

Хотя различия не всегда очень значительны, выбор типа NPT IGBT или PT IGBT может существенно повлиять на конструкцию схемы.

• Потери при переключении:   Для заданного V _CE(on) PT IGBT будет иметь более высокую скорость переключения и, соответственно, меньшую общую энергию переключения. Это происходит из-за более высокого коэффициента усиления и уменьшения времени жизни неосновных носителей, что снижает хвостовой ток.
• Надежность :  Одна из важных проблем — устойчивость к току короткого замыкания. Обычно NPT IGBT рассчитаны на короткое замыкание, а PT IGBT — нет.

  В целом, технология NPT более надежна и надежна благодаря более широкой базе и меньшему коэффициенту усиления биполярного транзистора PNP внутри конструкции. Это главное преимущество полупроводникового устройства NPT, хотя его необходимо компенсировать скоростью переключения.

  Что касается максимальных напряжений, то трудно изготовить PT-IGBT с напряжением коллектор-эмиттер больше примерно 600 вольт, в то время как это легко достигается при использовании топологий NPT. Это может повлиять на выбор полупроводникового устройства для любой данной электронной конструкции.

• Влияние температуры :   Для PT и NPT IGBT скорость включения практически не зависит от температуры. Однако один эффект, который может повлиять на любую конструкцию схемы, заключается в том, что обратный ток восстановления в диоде увеличивается с температурой, и, таким образом, влияние внешнего диода может повлиять на потери при включении в схеме.

  Что касается потерь при выключении, то для устройств NPT скорость и потери при переключении остаются почти постоянными во всем диапазоне температур. Для PT IGBT снижается скорость выключения и, следовательно, увеличиваются коммутационные потери. Однако потери обычно в любом случае невелики, и поэтому маловероятно, что они окажут какое-либо заметное влияние на большинство электронных конструкций.

В любой конструкции электронной схемы необходимо сбалансировать преимущества и характеристики обоих типов IGBT. Конкретная электронная конструкция будет диктовать многие требования к устройству, и, следовательно, выбор типа устройства будет исходить из этого.

Характеристики БТИЗ

IGBT — это устройство, управляемое напряжением, что неудивительно, поскольку вход представляет собой изолированный затвор, где напряжение управляет проводимостью.

Полупроводниковому устройству требуется только относительно небольшое напряжение на затворе, чтобы обеспечить проводимость — часто 6-10 вольт. Однако эти полупроводниковые устройства являются только однонаправленными, и поэтому они могут управлять током только в одном направлении.

Легко построить передаточную характеристику, показывающую зависимость входного напряжения или напряжения затвора от тока коллектора.

Передаточная характеристика типичного IGBT

Существуют различные состояния устройства. Первоначально, когда на затвор не подается напряжение или разность потенциалов, устройство IGBT находится в состоянии «выключено» и ток не течет.

Однако по мере роста потенциала на клемме затвора он в конечном итоге достигает точки, в которой пороговое напряжение превышено. В этот момент устройство начнет проводить ток, и между коллектором и эмиттером в цепи начнет течь ток.

Глядя на характеристики выхода полупроводникового прибора IGBT, можно выделить три различных области его работы в зависимости от напряжения затвор-эмиттер, В _GE

• В _GE = 0:   В этой области полупроводниковый прибор находится в состоянии «ВЫКЛ», и ток между коллектором и эмиттером отсутствует.
• 0 < V _GE < порог:   Как V _GE начинает расти, виден небольшой ток утечки, но устройство все еще не находится в проводящем состоянии.
• В _GE > порог:  После достижения порогового напряжения устройство переходит в состояние проводимости с полупроводниковым устройством в его активной области. Ток, который может протекать через устройство, зависит от напряжения коллектор-эмиттер. Выходная характеристика типичного IGBT

Обычно IGBT переключаются между полностью выключенным и полностью включенным состояниями. Они используются в силовом переключении: источники питания, широтно-импульсная модуляция и т. д. Низкое сопротивление «включено» снижает уровень рассеивания мощности в любой ситуации с электронным дизайном.

БТИЗ корпуса

IGBT можно купить в различных форматах. Они доступны в виде стандартных полупроводниковых устройств, часто в корпусах типа TO247, TO220 и т. д. или аналогичных, а также в корпусах для поверхностного монтажа, таких как SC-74, SOT-457 и многих других. Ввиду больших коммутационных возможностей многих устройств IGBT они, как правило, поставляются в более крупных корпусах.

IGBT также доступны в модульном формате. Эти модули IGBT представляют собой сборку или модуль, содержащий несколько устройств IGBT. Они могут быть подключены в одной из нескольких конфигураций, таких как полумост, 3-уровневый, двойной, прерыватель, бустер и т. д.

Использование модуля позволяет установить предварительно разработанный элемент в более крупную электронную конструкцию для обеспечения функции без необходимости разработки отдельных электронных схем. Они также могут быть более рентабельными, поскольку производители модулей могут производить их массово.

IGBT, биполярные транзисторы с изолированным затвором, являются дополнительным компонентом для электронных схем многих энергосистем. Обладая свойствами, которые сочетают в себе некоторые аспекты как биполярных транзисторов, так и полевых МОП-транзисторов, они способны заполнить нишу в инструментарии разработчиков электронных схем, которую не может обеспечить ни один другой компонент.

Другие электронные компоненты:
Резисторы конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор полевой транзистор Типы памяти Тиристор Соединители ВЧ-разъемы Клапаны/трубки Батареи Переключатели Реле Технология поверхностного монтажа
    Вернуться в меню «Компоненты». . .

Что такое IGBT? Конструкция, типы, 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).

• Связанный пост: GTO — типы, конструкция, работа и применение

Содержание

Что такое IGBT?

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 с тремя соединениями 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.

Связанный пост:

• DIAC – конструкция, работа и применение
• TRIAC – конструкция, работа и применение

Конструкция IGBT

IGBT состоит из четырех слоев полупроводника, образующих структуру 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 представляют собой 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.

• Сообщение по теме: В чем разница между DIAC и TRIAC?

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 прохождения 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. 2 ^и путь «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 IGBT

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 положительнее, чем у эмиттера, отрицательные заряды будут накапливаться прямо под 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.

• По теме: Типы транзисторов — BJT, FET, JFET, MOSFET, IGBT и специальные транзисторы

Типы IGBT

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

Проходной IGBT

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.

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

Без сквозного IGBT

Их также называют симметричными 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 является устройством, управляемым 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 V _GE равен 0 В, I _{C 9 отсутствует.0287 и устройство остается выключенным. Когда V GE слегка увеличивается, но остается ниже порогового напряжения V GET , устройство остается выключенным, но есть 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 показано соотношение между током коллектора I _C и напряжение коллектор-эмиттер V _CE при разных 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.

Характеристика	Блок питания BJT	Мощный МОП-транзистор	БТИЗ
Номинальное напряжение	Высокое < 1 кВ	Высокое < 1 кВ	Очень высокое > 1 кВ
Текущий рейтинг	Высокий < 500 А	Низкий < 200 А	Очень высокая > 500 А
Входной параметр	Базовый ток, I б	Напряжение, В ГС	Напряжение, В GE
Входной диск	Коэффициент усиления по току (hfe) 20-200	Напряжение, В ГС 3-10В	Напряжение, В GE 4-8В
Входная мощность привода	Высокий	Низкий	Низкий
Входная схема привода	Комплекс	Простой	Простые
Входное сопротивление	Низкий	Высокий	Высокий
Выходное сопротивление	Низкий	Средний	Низкий
Потери при переключении	Высокий	Низкий	Средний
Скорость переключения	Низкий	Быстро	Средний
Стоимость	Низкий	Средний	Высокий

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, он 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

• . Он используется в SMPS (импульсный источник питания) для подачи питания на чувствительное медицинское оборудование и компьютеры.
• 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:

• Что такое тиристор и SCR? Типы, работа и применение
• Что такое выпрямитель? Типы выпрямителей и принцип их работы
• Что такое МОП-транзистор? Работа, типы, эксплуатация и применение
• Что такое диод? Конструкция и работа диода PN-перехода
• Что такое BJT? Строительство, работа, типы и применение

Показать полную статью

Похожие статьи

Кнопка «Вернуться к началу»

Что такое IGBT – работа, эксплуатация, применение и различные типы IGBT

Наиболее популярными и часто используемыми силовыми электронными переключателями являются биполярный транзистор BJT и полевой МОП-транзистор. Мы уже подробно обсуждали работу биполярных транзисторов и полевых МОП-транзисторов, а также то, как они используются в схемах. Но оба эти компонента имели некоторые ограничения для использования в приложениях с очень сильным током. Итак, мы перенесли еще одно популярное силовое электронное переключающее устройство под названием IGBT. Вы можете думать о IGBT как о слиянии BJT и MOSFET, эти компоненты имеют входные характеристики BJT и выходные характеристики MOSFET. В этой статье мы познакомимся с основы IGBT , как они работают и как их использовать в ваших схемах.

 

Что такое IGBT?

IGBT — это сокращенная форма биполярного транзистора с изолированным затвором . Это трехполюсное полупроводниковое переключающее устройство, которое можно использовать для быстрого переключения с высокой эффективностью во многих типах электронных устройств. Эти устройства в основном используются в усилителях для коммутации/обработки сложных волновых структур с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). типичный символ IGBT вместе с его изображением показан ниже.

 

 

Как упоминалось ранее, IGBT представляет собой сплав BJT и MOSFET. Символ IGBT также представляет то же самое, как вы можете видеть, входная сторона представляет собой MOSFET с выводом затвора, а выходная сторона представляет собой BJT с коллектором и эмиттером. Коллектор и эмиттер являются проводящими выводами, а затвор — управляющим выводом , с помощью которого осуществляется управление операцией переключения.

 

Внутренняя структура IGBT

IGBT может быть сконструирован с эквивалентной схемой, состоящей из двух транзисторов и MOSFET, поскольку IGBT имеет выход комбинации PNP-транзистора, NPN-транзистора и MOSFET. IGBT сочетает в себе низкое напряжение насыщения транзистора с высоким входным сопротивлением и скоростью переключения MOSFET. Результат, полученный в результате этой комбинации, обеспечивает характеристики переключения и проводимости на выходе биполярного транзистора, но напряжение регулируется как у полевого МОП-транзистора.

 

Поскольку IGBT представляет собой комбинацию MOSFET и BJT, они также называются по-разному. Различные названия IGBT : транзистор с изолированным затвором (IGT), транзистор с изолированным затвором с оксидом металла (MOSIGT), полевой транзистор с модулированным усилением (GEMFET), полевой транзистор с кондуктивной модуляцией (COMFET).

 

Работа IGBT

IGBT имеет три вывода, прикрепленных к трем различным металлическим слоям, металлический слой вывода затвора изолирован от полупроводников слоем диоксида кремния (SIO2). IGBT состоит из 4 слоев полупроводника, соединенных вместе. Слой, расположенный ближе к коллектору, называется 9.0382 p+ слой подложки , над которым находится n-слой , еще один p-слой находится ближе к эмиттеру и внутри p-слоя, мы имеем n+ слоев . Соединение между p+-слоем и n-слоем называется соединением J2, а соединение между n-слоем и p-слоем называется соединением J1. Структура IGBT показана на рисунке ниже.

 

Чтобы понять работу IGBT , рассмотрим источник напряжения В _G положительно подключен к терминалу Gate по отношению к Излучателю. Рассмотрим другой источник напряжения V _CC , подключенный между эмиттером и коллектором, где коллектор остается положительным по отношению к эмиттеру. Из-за источника напряжения V _CC соединение J1 будет смещено в прямом направлении, тогда как соединение J2 будет смещено в обратном направлении. Поскольку J2 находится в обратном смещении, внутри IGBT не будет протекать ток (от коллектора к эмиттеру).

 

Первоначально считайте, что на клемму Gate не подается напряжение, на этом этапе IGBT будет в непроводящем состоянии. Теперь, если мы увеличим приложенное напряжение затвора, из-за эффекта емкости на слое SiO2 отрицательные ионы будут накапливаться на верхней стороне слоя, а положительные ионы будут накапливаться на нижней стороне слоя SiO2. Это вызовет внедрение носителей отрицательного заряда в p-области выше приложенного напряжения V _G большая вставка отрицательно заряженных носителей. Это приведет к образованию канала между переходом J2, который обеспечивает протекание тока от коллектора к эмиттеру . Протекание тока представлено на рисунке в виде пути тока, когда приложенное напряжение затвора V _G увеличивается, величина тока, протекающего от коллектора к эмиттеру, также увеличивается.

 

Типы IGBT

IGBT подразделяются на два типа на основе буферного слоя n+, IGBT с буферным слоем n+ называются Проходной IGBT (PT-IGBT) , БТИЗ без буферного слоя n+ называются Non-Punch-Through-IGBT (NPT-IGBT).

 

По своим характеристикам NPT-IGBT и PT-IGBT называются симметричными и несимметричными IGBT. Симметричные IGBT имеют одинаковое прямое и обратное напряжение пробоя. Асимметричные IGBT имеют обратное напряжение пробоя меньше, чем прямое напряжение пробоя. Симметричные IGBT в основном используются в цепях переменного тока, тогда как асимметричные IGBT в основном используются в цепях постоянного тока, поскольку им не нужно поддерживать напряжение в обратном направлении.

 

 Разница между проходным IGBT (PT-IGBT) и непробиваемым IGBT (NPT-IGBT)

Проходной IGBT (PT-IGBT)	Непробиваемый IGBT (NPT-IGBT)
Они менее надежны в режиме короткого замыкания и имеют меньшую термическую стабильность	Они более надежны в режиме отказа от короткого замыкания и обладают большей термостойкостью.
Коллектор представляет собой сильнолегированный слой P+	Коллектор представляет собой слаболегированный P-слой.
Он имеет небольшой положительный температурный коэффициент напряжения во включенном состоянии, поэтому параллельная работа требует большой осторожности и внимания.	Температурный коэффициент напряжения во включенном состоянии сильно положителен, что упрощает параллельную работу.
Потери при выключении более чувствительны к температуре, поэтому они значительно увеличиваются при более высокой температуре.	Отключение потери менее чувствительно к температуре, поэтому оно останется неизменным при изменении температуры.

Работа IGBT как схемы

Поскольку IGBT представляет собой комбинацию BJT и MOSFET, давайте рассмотрим их работу в виде принципиальной схемы здесь. На приведенной ниже диаграмме показана внутренняя схема IGBT , которая включает в себя два BJT, один MOSFET и JFET. Выводы затвора, коллектора и эмиттера IGBT отмечены ниже.

 

Коллектор PNP-транзистора подключен к NPN-транзистору через JFET, JFET соединяет коллектор PNP-транзистора и базу PNP-транзистора. Эти транзисторы устроены таким образом, что образуют паразитный тиристор, настроенный на создание петля отрицательной обратной связи . Резистор RB закорачивает клеммы базы и эмиттера NPN-транзистора, чтобы гарантировать, что тиристор не защелкнется, что приведет к защелке IGBT. Используемый здесь JFET будет обозначать структуру тока между любыми двумя ячейками IGBT и позволяет использовать MOSFET и поддерживает большую часть напряжения.

 

Характеристики переключения IGBT

IGBT — это устройство, управляемое напряжением , следовательно, требуется лишь небольшое напряжение на затворе, чтобы оставаться в состоянии проводимости. А поскольку это однонаправленные устройства, они могут переключать ток только в прямом направлении, то есть от коллектора к эмиттеру. Типичная схема переключения IGBT показана ниже, напряжение затвора V _G подается на контакт затвора для переключения двигателя (M) с напряжения питания V+. Резистор Rs грубо используется для ограничения тока через двигатель.

входные характеристики IGBT можно понять из графика ниже. Первоначально, когда на контакт затвора не подается напряжение, IGBT находится в выключенном состоянии, и ток через контакт коллектора не течет. Когда напряжение, подаваемое на вывод затвора, превышает пороговое напряжение , IGBT начинает проводить ток, и ток коллектора I _G начинает протекать между выводами коллектора и эмиттера. Ток коллектора увеличивается по отношению к напряжению на затворе, как показано на графике ниже.

 

Выходные характеристики IGBT имеют три этапа. Первоначально, когда Напряжение затвора В _GE равно нулю, устройство находится в выключенном состоянии, это называется областью отсечки . При увеличении V _GE и если оно меньше порогового напряжения , то через устройство будет протекать небольшой ток утечки, но устройство все равно будет находиться в области отсечки. Когда V _GE превышает пороговое напряжение, устройство переходит в режим активная область и через устройство начинает течь ток. Поток тока будет увеличиваться с увеличением напряжения V _GE , как показано на графике выше.

 

 

 

Применение БТИЗ

БТИЗ используются в различных приложениях, таких как приводы двигателей переменного и постоянного тока, нерегулируемые источники питания (ИБП), импульсные источники питания индукционный нагрев, инверторы, используемые для объединения полевого транзистора с изолированным затвором для входа управления и силового биполярного транзистора в качестве ключа в одном устройстве и т. д.

 

Корпуса IGBT

GBT доступны в различных типах корпусов с разными названиями от разных компаний. Например, Infineon Technologies предлагает пакеты для монтажа через отверстия и для поверхностного монтажа. В комплектацию сквозного типа входят ТО-262, ТО-251, ТО-273, ТО-274, ТО-220, ТО-220-3 FP, ТО-247, ТО-247АД. В комплект для поверхностного монтажа входят ТО-263, ТО-252.

Что такое IGBT-транзистор? — Основы, определение и структура

• Проектирование задач

Войти

Добро пожаловать! Войдите в свою учетную запись

ваше имя пользователя

ваш пароль

Забыли пароль?

Создать учетную запись

Политика конфиденциальности

Зарегистрироваться

Добро пожаловать!Зарегистрируйте аккаунт

ваш адрес электронной почты

ваше имя пользователя

Пароль будет отправлен вам по электронной почте.

Политика конфиденциальности

Восстановление пароля

Восстановите пароль

ваш адрес электронной почты

Поиск

Изменено: 9 февраля 2021 г.

IGBT

Артикул категории

Содержание

Транзистор IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) Junction Transistors ) и MOSFET , в качестве переключающих устройств. IGBT специально разработаны для удовлетворения требований высокой мощности. Хотя доступны BJT большой мощности, но они имеют низкую скорость переключения. С другой стороны, также доступны полевые МОП-транзисторы большой мощности, которые имеют более высокую скорость переключения, но не могут удовлетворить столь высокие требования к мощности.

Рис. 1. Символ IGBT

На самом деле транзистор IGBT представляет собой гибридное устройство, состоящее из полевого транзистора, управляющего pnp BJT, и имеет три входных клеммы. Выход полевого транзистора подается на базу биполярного транзистора. В результате этого каскадирования получается устройство с тремя выводами, которое сочетает в себе огромную токопроводящую способность биполярного транзистора и высокую коммутационную способность устройства на полевых транзисторах. Эти три вывода устройства называются коллектором , эмиттером и затвором . Затвор является входной клеммой, а эмиттер-коллектор действует как токопроводящий путь.

Рис. 2. Эквивалентная схема внутренней конструкции IGBT-транзистора

 

Рис. 3. Упрощенная схема транзистора IGBT (MOSFET + BJT)

IGBT – Типы и внутренняя структура

Доступны два типа транзисторных IGBT :

• PT (сквозной) – изготавливаются с дополнительным «n+ слоем», называемым «n+ буферным слоем»,
• NPT (без пробивки) – изготавливаются без «буферного слоя n+».

Поскольку все транзисторы доступны в n-типе и p-типе, IGBT также доступны в обоих типах. В данной статье рассматривается PT, n-канальный транзистор IGBT.

Рис. 4. Внутренняя структура n-канального IGBT-транзистора

Внутренняя конструкция IGBT-транзистора состоит из следующих областей:

• p+ слой (инжекционный слой) – Это область коллектора. Он сильно легирован. Мы должны подать положительное напряжение, чтобы коллектор и буферный переход (J ₃ ) со смещением вперед.
• Слой n+ (буферный слой) — Это дополнительный слой. Этот слой не влияет на работу транзистора IGBT. Это делает устройство асимметричным. Это помогает в области прямого пробоя.
• n-слой (область дрейфа стока) – Этот слой слабо легирован. Он действует как база для транзистора PNP, является стоком MOSFET и эмиттером транзистора NPN. Соединение J ₂ образуется между n-слоем и p+ телом.
• p+ (корпус) – Действует как эмиттер PNP-транзистора, корпус MOSFET и база NPN-транзистора.
• Слой n+ – Действует как коллектор NPN-транзистора, исток MOSFET. Соединение j ₁ образуется между p+ телом и n+ слоем (источник)
• SiO ₂ – затвор изолирован емкостью SiO

IGBT – Принцип работы

Прямой режим блокировки – Когда положительное напряжение подается на коллектор при закороченных затворе и эмиттере. Развязки J ₁ и J ₃ имеют прямое смещение, а J ₂ — обратное.

Режим проводимости — Подайте достаточное положительное напряжение на клемму затвора. Подайте положительное напряжение коллектора на эмиттер. Канал электронов формируется под SiO ₂ и в области тела р-типа. Этот канал соединяет слой n+ с областью дрейфа n-. Транспорт электронов в n-дрейфовой области снижает сопротивление этой области. Переход j ₁ также смещен в прямом направлении и инжектирует дырки в n-дрейфовую область. Дырки из слоя инжекции и электроны из слоя n+ собираются в области дрейфа. Наличие большого количества носителей (электронов и дырок) снижает сопротивление n-дрейфовой области или, можно сказать, увеличивает проводимость n-дрейфовой области. Это явление называется модуляция проводимости области дрейфа . Электроны и дырки составляют ток, протекающий через биполярный транзистор с изолированным затвором.

Обратный режим блокировки — Когда на коллектор подается отрицательное напряжение, переход j ₃ смещен в обратном направлении.

БТИЗ – характеристики переключения

БТИЗ обычно используются в коммутационных устройствах, поскольку они работают либо в области отсечки, либо в области насыщения.

Определенные области выходной характеристики IGBT:

V _GE =0, прибор выключен, т.к. в области тела p-типа не формируется инверсионный слой. Это область отсечки .

V _GE >0, V _GE GET  применить V _GE   таким образом, чтобы оно было больше 0, но меньше V _{GET 5 (пороговое напряжение). В этом случае ток утечки очень мал, что связано с потоком неосновных носителей. Устройство все еще находится в зоне отсечки. А V CE почти равен V CC .}

V _GE >V _GET , приращение напряжения затвор-эмиттер выше порогового значения, поместить устройство в активную область . Благодаря напряжению эмиттера затвора в области корпуса p-типа создается инверсионный слой n-типа . Теперь есть канал, доступный для текущего потока.

В _ГЭ >>В _GET , существенное увеличение V _GE переводит полевой МОП-транзистор в омическую область, а выходной PNP-транзистор в насыщение область . В области насыщения ток коллектора (i _c ) также увеличивается, что приводит к уменьшению V _CE .

Рис. 5. Вольт-амперные характеристики транзистора IGBT

Биография автора:

Амна Ахмед — страстный писатель. Она ведет образовательный блог с 2012 года. Она живет в Карачи, Пакистан. Она закончила B. E. электроника из авторитетного учреждения в 2011 году. Она любит электронику и любит читать и писать все, что связано с электроникой. Она хорошо пишет обзоры литературы, конспекты лекций, обзоры технологий. Посетите ее блог здесь и оставайтесь на связи.

Михал

Инженер электроники и телекоммуникаций с дипломом магистра электроэнергетики. Светодизайнер опытный инженер. В настоящее время работает в сфере IT.

Английский

Применение биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT)

Применение биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT)

Библиотека

Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Power Electronics

Описание

Блок IGBT реализует полупроводниковое устройство, управляемое затвором сигнал. IGBT моделируется последовательной комбинацией резистора Ron, катушки индуктивности Lon и постоянного тока. источник напряжения Vf последовательно с выключателем, управляемым логическим сигналом (g > 0 или g = 0).

IGBT включается, когда напряжение коллектор-эмиттер положительное и превышает Vf и на вход затвора подается положительный сигнал (g > 0). Выключается, когда коллектор-эмиттер напряжение положительное, и на вход затвора подается сигнал 0 (g = 0).

Устройство IGBT находится в выключенном состоянии, когда напряжение коллектор-эмиттер отрицательное. Примечание что многие коммерческие IGBT не имеют возможности обратной блокировки. Следовательно, они обычно используется с встречно-параллельным диодом.

Блок IGBT содержит последовательную снабберную цепь Rs-Cs, которая подключена параллельно устройство IGBT (между клеммами C и E).

Характеристика выключения модели IGBT аппроксимируется двумя сегментами. Когда ворота сигнал падает до 0, ток коллектора уменьшается с Imax до 0,1 Imax в течение времени спада (Tf), а затем от 0,1 Imax до 0 в течение хвостового времени (Tt).

Параметры

Сопротивление Ron

Внутреннее сопротивление Ron, в омах (Ом). По умолчанию 0,001 . Параметр сопротивления Ron не может быть установлен на 0 , когда Параметр Inductance Lon установлен на 0.

Inductance Lon

Внутренняя индуктивность Lon, в генри (Гн). По умолчанию 0 . Параметр Inductance Lon обычно устанавливается равным 0 кроме когда параметр Resistance Ron установлен на 0 .

Прямое напряжение Vf

Прямое напряжение устройства IGBT, в вольтах (В). По умолчанию 1 .

Начальный ток Ic

Вы можете указать начальный ток, протекающий в IGBT. По умолчанию 0 . Обычно устанавливается на 0 , чтобы запустить симуляцию с заблокированным устройством.

Если для параметра Initial Current IC установлено значение больше, чем 0 , расчет установившегося режима учитывает начальное состояние IGBT как закрытый. Инициализация всех состояний силового электронного преобразователя представляет собой сложную задача. Поэтому этот вариант полезен только с простыми схемами.

Сопротивление снаббера Rs

Сопротивление снаббера в омах (Ом). По умолчанию 1e5 . Установить Снабберное сопротивление Rs параметр до inf чтобы убрать демпфер из модели.

Снабберная емкость Cs

Снабберная емкость в фарадах (F). По умолчанию inf . Установить Снабберная емкость Cs Параметр до 0 до устраните демпфер или позвоните по телефону и инф. , чтобы получить резистивный демпфер.

Показать порт измерения

Если выбрано, добавьте Simulink 9Выход 0228 ® в блок, возвращающий ток и напряжение диода IGBT. По умолчанию выбрано.

Входы и выходы

g

Сигнал Simulink для управления открытием и закрытием IGBT.

m

Выход Simulink блока представляет собой вектор, содержащий два сигнала. Вы можете демультиплексировать эти сигналы при помощи блока Bus Selector, предоставленного в библиотеке Simulink.

Signal	Definition	Units
1	IGBT current	A
2	Напряжение IGBT	В

Допущения и ограничения

Блок IGBT реализует макромодель реального устройства IGBT. Он не принимает во внимание учитывать либо геометрию устройства, либо сложные физические процессы [1].

В зависимости от значения индуктивности Lon IGBT моделируется либо как ток источник (Lon > 0) или как цепь с переменной топологией (Lon = 0). Блок IGBT не может быть соединены последовательно с катушкой индуктивности, источником тока или разомкнутой цепью, если только его демпфер цепь используется.

Индуктивность Lon устанавливается на 0, если вы решите дискретизировать схему.

Примеры

power_igbtconv Пример иллюстрирует использование блока IGBT в повышающем преобразователе постоянного тока. БТИЗ переключается включения и выключения на частоте 10 кГц для передачи энергии от источника постоянного тока к нагрузке (RC). среднее выходное напряжение (В _R ) является функцией рабочего цикла (α) Переключатель IGBT:

VR=11-αVdc

Каталожные номера

[1] Mohan, N., T.M. Унделанд и В. П. Роббинс, Власть Электроника: преобразователи, приложения и дизайн , John Wiley & Sons, Inc., New York, 1995.

См. также

GTO, Mosfet, трехуровневый мост, тиристор

История версий

Представлено до R2006a

Вы щелкнули ссылку, соответствующую этой команде MATLAB:

Запустите команду, введя ее в командном окне MATLAB. Веб-браузеры не поддерживают команды MATLAB.

Рост рынка биполярных транзисторов с изолированным затвором [IGBT], 2028 г.

Объем мирового рынка биполярных транзисторов с изолированным затвором в 2020 году составил 5,40 млрд долларов США. негативное влияние на спрос во всех регионах в условиях пандемии. Согласно нашему анализу, мировой рынок продемонстрировал значительный рост на 8,0% в 2020 году по сравнению со средним годовым ростом в 2017-2019 годах.. Прогнозируется, что рынок вырастет с 5,86 млрд долларов США в 2021 году до 11,24 млрд долларов США в 2028 году при среднегодовом темпе роста 9,8% в период 2021–2028 годов. Рост CAGR объясняется спросом и ростом этого рынка, который возвращается к допандемическим уровням после окончания пандемии.

Модуль биполярных транзисторов с изолированным затвором функционирует как силовое электронное устройство, управляемое напряжением. Благодаря более высокой частоте переключения они широко используются в высоковольтных устройствах, требующих меньших потерь проводимости. Он свидетельствует о быстром спросе в автомобильной, железнодорожной, энергетической и энергетической отраслях, а также в сфере бытовой электроники. Ключевые игроки рынка уделяют большое внимание расширению бизнеса за счет новых инновационных приложений. Например,

• В ноябре 2020 года Fronius International GmbH и Infineon Technologies выпустили солнечный инвертор с использованием IGBT и других продуктов, чтобы предложить комплексные решения. Он предлагает такие решения, как система накопления энергии, безопасное электроснабжение, подключение внешней системы и зарядка электромобилей.

Влияние COVID-19

Перебои с поставками оборудования и компонентов, которые повлияют на рост рынка в условиях COVID-19

Вспышка коронавируса существенно повлияла на весь полупроводниковый сектор. Глобальный сбой в цепочке поставок из-за закрытия международных границ сильно повлиял на производство полупроводниковой продукции. Согласно отчету Accenture Plc, годовой рост выручки полупроводниковой промышленности прогнозировался на уровне 12,5%, но из-за кризиса, вызванного пандемией, он достиг только 9% в 2020 году. Аналогичным образом производство биполярных транзисторов с изолированным затвором было крайне возмущен из-за отсутствия комплектующих. Более того, разрешение 50% от общей численности рабочей силы также негативно влияет на производственные мощности биполярных транзисторов с изолированным затвором. Таким образом, в 2020 году рынок рос медленнее, чем предполагалось ранее.

В долгосрочной перспективе каждый аспект бизнес-модели может быть изменен, включая капитальные затраты, состав портфелей продуктов, прогнозы спроса, стратегию НИОКР, следы цепочки поставок, варианты слияний и поглощений (M&A), и производственных решений. Игроки рынка должны установить прочную основу для движения вперед. С этой основой компании могут наметить путь к следующей нормальности. Кроме того, ожидается, что после пандемии рынок значительно вырастет благодаря быстрому внедрению возобновляемых источников энергии, растущему спросу на электромобили и растущему внедрению автоматизации и индустриализации. Кроме того, увеличение спроса на облачные технологии и центры обработки данных из-за расширения удаленной работы, вероятно, будет стимулировать рост рынка после пандемии.

ПОСЛЕДНИЕ ТЕНДЕНЦИИ

Запросите бесплатный образец , чтобы узнать больше об этом отчете.

Повышение осведомленности о возобновляемых источниках энергии для стимулирования рынка

Необходимость стимулирования фундаментов возобновляемых источников энергии ускорит рост рынка IGBT. По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), ожидается, что к 2050 году доля возобновляемых источников энергии в общем энергетическом секторе составит 85%. Глобус. Правительства нескольких стран считают возобновляемую энергию важной частью своего долгосрочного стратегического инвестиционного развития.

Кроме того, благодаря технологическим усовершенствованиям и экономии за счет масштаба стоимость возобновляемых источников, таких как солнечная и ветровая энергия, снизилась более чем на 50 процентов за последнее десятилетие. Этот огромный рост внедрения возобновляемых источников электроэнергии стимулирует возможности для бизнеса. Чувствуя потенциальные возможности на рынке, ключевые компании, такие как Infineon Technologies AG, ABB Ltd., Fuji Electric Ltd. и другие, разрабатывают продукты IGBT именно для возобновляемых источников энергии. Например,

• В марте 2020 года производитель ветряных преобразователей из Китая, компания Hopewind Electric Co., Ltd., в сотрудничестве с ABB Ltd. поставила модули IGBT средней мощности 1700 В / 450 А. Производитель использует этот транзистор для своих ветряных преобразователей мощностью 2000 МВт, использующих энергию ветра. Таким образом, растущая осведомленность о возобновляемых ресурсах, вероятно, будет стимулировать рост рынка.

ДВИЖУЩИЕ ФАКТОРЫ

Растущий спрос на электромобили стимулирует рост рынка

IGBT — важный компонент электромобилей. Силовые полупроводниковые устройства и модули являются ключевыми модулями каждого силового преобразователя. Из-за способности выдерживать высокое напряжение и ток биполярные транзисторные модули с изолированным затвором часто используются для приложений средней и высокой мощности, таких как инверторы электромобилей. Например,

• В мае 2019 года Audi для своего первого слота для электромобилей объявила о внедрении инвертора Hitachi EV. Этот инвертор оснащен силовым модулем и встроенным биполярным транзистором нового поколения с изолированным затвором. Комбинация обеспечивает высокую удельную мощность на выходе, что максимизирует производительность двигателя. Таким образом, растущее распространение электромобилей повысит спрос на биполярные транзисторы с изолированным затвором.

Кроме того, растущие изменения климата и глобальное потепление повышают осведомленность об энергетических ресурсах во всех областях. Автомобильный сектор является одним из них и движется вперед в режиме энергосбережения. Растет спрос на производство электромобилей и гибридных автомобилей. Крупные производители автомобильной промышленности планируют инвестировать в современные электромобили с учетом правительственных указаний. Точно так же растущие цены на топливо также вынуждают пользователей переходить с традиционных автомобилей на электромобили. Ожидается, что это будет способствовать росту рынка биполярных транзисторов с изолированным затвором.

ОГРАНИЧИВАЮЩИЕ ФАКТОРЫ

Сложность конструкции, препятствующая росту рынка

Защелкивание, связанное с управлением затвором биполярного транзистора с изолированным затвором, может легко сломаться, что приведет к отказу устройства. Небольшое уменьшение плотности тока фиксации вызывает повышение температуры окружающей среды и увеличивает время выключения.

Когда транзистор входит в защелку, затвор больше не может контролировать ток стока. Принудительная коммутация тока может быть единственным способом выключения IGBT в этой ситуации.

Если защелкивание не будет прекращено быстро, чрезмерное рассеивание мощности может привести к выходу из строя биполярного транзистора. Ожидается, что это снизит потенциал рынка.

СЕГМЕНТАЦИЯ

По анализу напряжения

Растущие приложения в различных секторах для доли рынка высоковольтного топлива

В зависимости от напряжения рынок делится на низкое, среднее и высокое напряжение. Ожидается, что в течение прогнозируемого периода максимальное значение удельного веса будет занимать высокое напряжение. В промышленности высоковольтные биполярные транзисторы с изолированным затвором обеспечивают высокую пропускную способность по току, управление затвором с помощью напряжения и другие. Высокое напряжение находит все большее применение в различных секторах, таких как автомобильная, авиационная, беспилотная и промышленная.

Среднее напряжение, вероятно, быстро возрастет в течение прогнозируемого периода. Ожидается, что растущий спрос на транзисторы 1700–2500 В в обрабатывающей промышленности для автоматизации процессов будет стимулировать спрос на среднее напряжение. Ожидается, что низкое напряжение получит устойчивый рост благодаря значительному расширению его применения в электромобилях и возобновляемых источниках энергии.

Низкое, среднее и высокое напряжение далее подразделяются на до 600 В и 601–1200 В, 1700 В и 2500 В и 3300 В и 4500 В выше соответственно.

Анализ приложений

Чтобы узнать, как наш отчет может помочь оптимизировать ваш бизнес, обратитесь к аналитику Рынок подразделяется на бытовую электронику, промышленное производство, автомобили (EV/HEV), инверторы/ИБП, железные дороги, возобновляемые источники энергии и другие. Ожидается, что промышленное производство будет доминировать в этом сегменте по доле выручки. Растущая автоматизация производства и промышленное внедрение Интернета вещей на производственных предприятиях, вероятно, будут стимулировать спрос на биполярные транзисторы с изолированным затвором.

Спрос на электромобили в автомобильном секторе в основном растет, поскольку он обеспечивает бесперебойную работу электромобилей при передаче энергии в сеть с постоянной скоростью. Для надежности, увеличения мощности и продления срока службы биполярный транзистор с изолированным затвором и чипы FWD упакованы в модуль с несколькими устройствами, изоляционным слоем и защитными частями. Эти модули могут работать в суровых условиях высокой температуры, механической вибрации, влажности и ударов, а также возможности химического загрязнения.

Еще одна перспективная отрасль с точки зрения рыночных возможностей — бытовая электроника. С ростом развития и уменьшением размеров транзистор набирает обороты в устройствах бытовой электроники. В бытовой технике он широко используется для управления питанием. Он обеспечивает эффективную и экономичную работу основных бытовых приборов, таких как кондиционеры, холодильники, микроволновые печи, посудомоечные и стиральные машины. Он также контролирует мощность, чтобы получить универсальную производительность от небольших бытовых приборов.

РЕГИОНАЛЬНЫЕ ИНСАЙТЫ

Объем рынка биполярных транзисторов с изолированным затвором в Азиатско-Тихоокеанском регионе, 2020 г. (млрд долларов США)

получить верхнюю долю рынка наряду с самым высоким среднегодовым темпом роста в течение прогнозируемого периода. Самый высокий рост связан с присутствием многих производителей электроники и полупроводников в Китае, Южной Корее и Индии. Ожидается, что Китай получит максимальную долю доходов, поскольку он является ведущей страной в производстве электромобилей. Растущее применение электромобилей стимулирует рост рынка в стране. В Японии и Индии также наблюдается растущий спрос на энергосберегающие ресурсы наряду с развитием технологий.

Ожидается значительный рост в Северной Америке в течение прогнозируемого периода. Ожидается, что на рынке региона откроются огромные возможности благодаря повышению осведомленности и внедрению возобновляемых ресурсов. Поскольку это компонент с низким энергопотреблением, он настоятельно рекомендуется для энергосбережения в Северной Америке. Аналогичным образом ожидается, что Европа получит вторую по величине долю доходов после Азиатско-Тихоокеанского региона. Европа является первым регионом, внедрившим тяговые системы на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором в железнодорожном секторе. Кроме того, Европа является ведущим регионом по производству электромобилей, а также занимает лидирующие позиции в автомобильной промышленности по всему миру. Ожидается, что это повысит спрос на продукцию в регионе.

Аналогичным образом прогнозируется здоровый рост в Латинской Америке, на Ближнем Востоке и в Африке. Компании в Латинской Америке и на Ближнем Востоке сосредоточили внимание на внедрении IGBT-устройств в различных отраслях, включая бытовую электронику, железные дороги, возобновляемые источники энергии и другие. Ожидается, что это расширит рыночные возможности в регионах.

КЛЮЧЕВЫЕ ИГРОКИ ОТРАСЛИ

Акцент на новых запусках известных компаний для укрепления позиций на рынке

Расширение продуктового портфеля – еще одна ключевая стратегия роста рынка, принятая участниками рынка. Расширение портфеля продуктов включает обновленное аппаратное и программное обеспечение, а также новую модель процесса для облегчения производственной суеты. Крупные производители внедряют инновационные технологии для разработки передовых транзисторов для удовлетворения растущих потребностей в автомобильных и мощных устройствах. Такие компании, как Infineon Technologies AG и Fuji Electric Co., Ltd, сосредоточены на разработке перспективных промышленных IGBT на основе модулей средней и большой мощности

Июль 2020 г. — ABB Ltd и Hitachi, Ltd создали совместное предприятие стоимостью около 11 миллиардов долларов США под названием Hitachi ABB Power Grids Ltd. Компания будет работать в таких областях, как электрическая мобильность, промышленность, информационные технологии (ИТ) и умная жизнь.

Август 2020 г. – Корпорация Mitsubishi Electric представила IGBT-модуль LV100-серии T для промышленных приложений. Модуль помогает уменьшить потери мощности и габаритов силовых преобразователей и инверторов. Эти преобразователи и инверторы используются для возобновляемых источников энергии, таких как ветроэнергетика, фотоэлектрические системы и приводы двигателей большой мощности.

Список ключевых компаний, профилированных:

• Infineon Technologies AG (Мюнхен, Германия)


• ABB Ltd (Zürich, Switzerland)


• Mitsubory Corporation (Danyky) (TOKYCOROS).


• Fuji Electric Co., Ltd. (Токио, Япония)


• Hitachi, Ltd. (Токио, Япония)


• Toshiba Corporation (Токио, Япония)


• ROHM CO., LTD (Киото) , Япония)


• Littelfuse, Inc. (Illinois, United States)


• Starpower Semiconductor Ltd. (Jiaxing, China)

. Серия V CoolSiC Hybrid IGBT. Усовершенствованный транзистор имеет запирающее напряжение 650 В. Гибридный диапазон IGBT обеспечивает преимущества таких технологий, как диоды CoolSiC с барьером Шоттки и 650 В TRENCHSTOP 5 IGBT.

Июнь 2019 г. — Корпорация Toshiba разработала компактную модель на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором и транзисторов с улучшенным инжекционным затвором (IEGT) для точного моделирования и прогнозирования потерь мощности и шума от электромагнитных помех (ЭМП). Эта модель снизит частоту ошибок на 95 процентов и сократит время моделирования.

ОБЛАСТЬ ПОКРЫТИЯ ОТЧЕТА

Инфографическое представление рынка модулей IGBT

Просмотреть полную инфографику

Чтобы получить информацию о различных сегментах, поделитесь с нами своими запросами. Кроме того, в отчете содержится информация о последних отраслевых и рыночных тенденциях, а также анализируются технологии, быстро внедряемые на глобальном уровне. Кроме того, в нем выделяются некоторые стимулирующие рост факторы и ограничения, помогающие читателю получить более глубокие знания о рынке.

REPORT SCOPE & SEGMENTATION

111111111124. 0124

Medium Voltage

• 1700 V


• 2500 V

High Voltage

• 3300 V


• 4500 V & above

4

Automotive (EV/HEV)

Inverters/UPS

Railways

Renewables

Others

ATTRIBUTE	DETAILS
Study Period	2017 -2028
Базовый год	2020
Estimated Year	2021
Forecast Period	2021-2028
исторический период0008	Блок	Значение (миллиард долларов США)
SEGMATION 9998 9004 ; Заявление; и география
По напряжению	Низкий напряжение до 600123 V
По применению	Производство бытовой электроники
By Region	Северная Америка (по напряжению, применению и стране) США Канада   Europe (By Voltage, By Application, and By Country) UK Germany Italy Spain Scandinavia France Rest of Europe Азиатско-Тихоокеанский регион (по напряжению, применению и стране) Китай   Япония 4  08 Индия Юго -Восточная Азия Остальная часть Азиатско -Тихоокеанского региона Ближний Восток и Африка (по напряжению, по заявке, и по стране) . Похожие записи 21.11.2024 0 Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании 19.11.2024 0 Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка 19.11.2024 0 Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт