Игбт транзистор. IGBT транзисторы: принцип работы, применение и особенности — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое IGBT транзистор. Как работает IGBT транзистор. Где применяются IGBT транзисторы. Какие преимущества у IGBT транзисторов. Как проверить IGBT транзистор. На что обратить внимание при выборе IGBT.

Содержание

Что такое IGBT транзистор и его устройство

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) — это биполярный транзистор с изолированным затвором. Он сочетает в себе лучшие качества биполярных и полевых транзисторов:

Высокое входное сопротивление и управление напряжением (как у полевых транзисторов)
Низкое сопротивление в открытом состоянии (как у биполярных транзисторов)

IGBT состоит из следующих основных элементов:

Эмиттер (E)
Коллектор (C)
Изолированный затвор (G)
p-n-p биполярная структура
n-канальный MOSFET

Упрощенно IGBT можно представить как комбинацию биполярного p-n-p транзистора, управляемого полевым n-канальным MOSFET транзистором.

Принцип работы IGBT транзистора

Работа IGBT транзистора основана на следующих принципах:

При подаче положительного напряжения на затвор открывается канал полевого транзистора.
Через открытый канал начинает протекать ток базы биполярного транзистора.
Биполярный транзистор открывается и пропускает основной ток между коллектором и эмиттером.
При снятии напряжения с затвора канал закрывается, прекращая подачу тока в базу.
Биполярный транзистор закрывается, прерывая протекание тока коллектор-эмиттер.

Таким образом, IGBT управляется напряжением на затворе, но коммутирует ток как биполярный транзистор. Это обеспечивает сочетание простоты управления и высокой нагрузочной способности.

Основные характеристики IGBT транзисторов

При выборе IGBT транзистора нужно учитывать следующие ключевые параметры:

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер (обычно 600-6500 В)
Максимальный ток коллектора (от единиц до тысяч ампер)

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (1-4 В)
Время включения и выключения (единицы микросекунд)
Энергия потерь при переключении
Максимальная рабочая температура кристалла (обычно 150-175°C)

Важно подбирать IGBT с запасом по току и напряжению для надежной работы устройства. Также следует учитывать динамические характеристики и тепловой режим.

Области применения IGBT транзисторов

Благодаря своим характеристикам, IGBT транзисторы широко применяются в силовой электронике:

Преобразователи частоты для управления электродвигателями
Источники бесперебойного питания (ИБП)
Сварочные инверторы
Индукционные нагреватели
Импульсные источники питания
Системы электропривода электромобилей
Преобразователи для солнечных батарей и ветрогенераторов

IGBT особенно эффективны в высоковольтных приложениях с напряжением от 600 В и мощностью от единиц до сотен киловатт.

Преимущества и недостатки IGBT транзисторов

К основным достоинствам IGBT транзисторов можно отнести:

Высокие коммутируемые токи и напряжения
Простота управления напряжением
Низкое сопротивление в открытом состоянии
Высокая устойчивость к перегрузкам
Малые потери на переключение

Среди недостатков можно выделить:

Более высокая стоимость по сравнению с обычными транзисторами
Сложность работы на высоких частотах (выше 100 кГц)
Чувствительность к перенапряжениям

В целом, преимущества IGBT делают их незаменимыми во многих силовых применениях, несмотря на некоторые недостатки.

Как проверить IGBT транзистор мультиметром

Для проверки исправности IGBT транзистора с помощью мультиметра можно выполнить следующие шаги:

Установите мультиметр в режим проверки диодов.
Проверьте переход затвор-эмиттер:
- Подключите «+» щуп к затвору, «-» к эмиттеру
- Должно быть показание 0.6-0.7 В
- При обратном подключении — обрыв
Проверьте переход коллектор-эмиттер:
- «+» к коллектору, «-» к эмиттеру — обрыв
- «-» к коллектору, «+» к эмиттеру — 0.3-0.7 В
Проверьте управляемость:
- «-» к эмиттеру, «+» к коллектору
- Замкните затвор на эмиттер — должен открыться

Если все измерения соответствуют норме, IGBT транзистор вероятно исправен. Для более точной диагностики требуется специальное оборудование.

Выбор IGBT транзистора для конкретного применения

При выборе IGBT транзистора для своего устройства необходимо учитывать следующие факторы:

Максимальное рабочее напряжение (с запасом 20-30%)
Максимальный рабочий ток (с запасом 30-50%)
Частота коммутации

Потери мощности и тепловой режим
Требования к времени переключения
Условия эксплуатации (температура, вибрации и т.д.)
Стоимость и доступность компонента

Важно также обратить внимание на параметры встроенного обратного диода, если он будет использоваться в схеме. Рекомендуется выбирать IGBT от проверенных производителей — Infineon, ON Semiconductor, IXYS, Mitsubishi и др.

Особенности применения IGBT транзисторов в силовой электронике

При разработке устройств на IGBT транзисторах следует учитывать некоторые особенности:

Необходимость снабберных цепей для защиты от перенапряжений
Важность правильного расчета цепи управления затвором
Обеспечение эффективного охлаждения
Защита от короткого замыкания в нагрузке
Учет «хвоста» тока при выключении
Возможность параллельного включения для увеличения тока

Грамотное применение IGBT с учетом их особенностей позволяет создавать эффективные и надежные силовые преобразователи различного назначения.

Как проверить IGBT транзистор мультиметром | Энергофиксик

Здравствуйте уважаемые посетители моего канала! В этом материале мы продолжаем с вами знакомиться с правилами проверки различных элементов электроники. И сегодня нашим героем станет IGBT транзистор.

IGBT транзистор

Немного теории

За основу работы биполярных транзисторов с изолированным затвором взято использование n – канального МОП – транзистора небольшой мощности для коммутирования мощного биполярного транзистора. В данном устройстве получилось соединить все самое лучшее от биполярного и полевого транзисторов.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ) нашли самое широкое применение во многих современных электроприборах. Так, например, большинство современных сварочных аппаратов обязательно в своей конструкции имеют сборку из IGBT транзисторов.

Графически данный элемент изображается следующим образом.

Графическое обозначение транзистора на схемах где G — Затвор, C- коллектор, E — эмиттер.

Проверяем IGBT транзистор мультиметром

Ну а теперь давайте от слов перейдем к делу и проверим мультиметром транзистор STGW45HF60WD.

Транзистор и мультиметр MASTECH MY62

Для начала нам нужно выяснить, где у элемента эмиттер, коллектор и затвор. Для этого открываем любой поисковик и ищем Datasheet на наш элемент.

Datasheet испытуемого транзистора

После того как мы узнали назначение каждого вывода, можно приступать к проверке работоспособности. Для этого берем мультиметр и ставим регулятор на прозвонку и производим замер между затвором и эмиттером.

Тем самым мы проверим наш транзистор на возможный «коротыш». Если мультиметр показывает «1», значит все в норме и можно продолжать измерения, а если прибор покажет «ноль», то изделие неисправно.

Теперь щупами производим замер между затвором и коллектором, так же проверяя на возможное короткое замыкание.

Далее с помощью перемычки или любого металлического предмета перемыкаем вывода транзистора на пару секунд. Тем самым мы гарантировано закроем его.

После этого вновь берем мультиметр и «минус» (черный щуп) соединяем с коллектором, а «плюс» (красный щуп) с эмиттером. При этом на дисплее мультиметра вы увидите падение напряжения на внутреннем диоде.

Теперь меняем щупы местами и мультиметр должен показать «1». Это означает, что в транзисторе нет утечки и внутреннего замыкания.

Кроме этого вы можете собрать простенькую схему, с помощью которой вы так же гарантировано проверите работоспособность транзистора даже без проверочного оборудования.

Схема проверки транзистора сторонним источником питания и лампой на 12 Вольт

Так если кнопка будет зажата, то лампочка будет гореть, а в отжатом положении нет.

Вот таким нехитрым способом можно проверить работоспособность IGBT (БТИЗ) транзистора. Если вам понравился материал, и вы хотите видеть в своей ленте больше подобного, тогда ставим лайк и подписываемся. А в комментариях вы можете написать на какую тему вы хотите почитать статью.

Основные параметры и аспекты применения дискретных IGBT

1 октября 2018

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:

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.
Определите коэффициент разброса прямого падения напряжения V_CE. Для этого разделите максимальное значение V_CE на типовое значение V_CE, взятые из табличных данных.
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.

IGBT транзисторы

Добавлено 17 сентября 2018 в 21:34

Сохранить или поделиться

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)

Из-за своих изолированных затворов IGFET транзисторы всех типов имеют чрезвычайно высокий коэффициент усиления по току: не может быть устойчивого тока затвора, если нет замкнутой цепи затвора, в которой электроны могут непрерывно протекать. Таким образом, единственный ток, который мы видим на выводе затвора полевого транзистора с изолированным затвором, – это ток во время временного перехода (кратковременный импульс), который может потребоваться для зарядки емкости затвора и смещения обедненной области, когда транзистор переключается из состояния «открыт» в состояние «закрыт», и наоборот.

Этот высокий коэффициент усиления по току, по-видимому, дает технологии IGFET решающее преимущество по сравнению с биполярными транзисторами в плане управления большими токами. Если для управления большим током используется биполярный транзистор, то схемой управления в соответствии с коэффициентом β должен быть обеспечен существенный ток базы. Для примера, для того, чтобы мощный биполярный транзистор с β=20 проводил ток коллектора 100 ампер, ток базы должен быть не менее 5 ампер, что само по себе является значительной величиной тока для небольших дискретных или интегральных схем управления:

Ключ на биполярном транзисторе

Было бы хорошо с точки зрения схемы управления иметь силовые транзисторы с высоким коэффициентом усиления по току так, чтобы для управления током нагрузки требовалось гораздо меньше управляющего тока. Разумеется, мы можем использовать транзисторные пары Дарлингтона, чтобы увеличить усиление по току, но для такого устройства всё равно будет требоваться гораздо больший управляющий ток, чем для эквивалентной схемы на мощном полевом транзисторе с изолированным затвором:

Ключ на паре ДарлингтонаКлюч на полевом транзисторе с изолированным затвором

Однако, к сожалению, полевые транзисторы с изолированным затвором имеют проблемы с управлением высокими токами: они, как правило, демонстрируют большее падение напряжения сток-исток, чем падение напряжения коллектор-эмиттер у насыщенного биполярного транзистора. Это большее падение напряжения соответствует более высокой рассеиваемой мощности при той же величине тока нагрузки, что ограничивает полезность полевых транзисторов с изолированным затвором в качестве мощных устройств. Хотя некоторые специализированные конструкции, такие как так называемый VMOS транзистор, были разработаны для минимизации этого недостатка, биполярный транзистор по-прежнему превосходит их по своей способности коммутировать большие токи.

Интересное решение этой дилеммы использует лучшие качества полевых транзисторов с изолированным затвором в сочетании с лучшими качествами биполярных транзисторов в одном устройстве, называемом биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ, англ. Insulated-gate bipolar transistor, IGBT). Также известный как MOSFET с биполярным режимом, полевой транзистор с модуляцией проводимости (Conductivity-Modulated Field-Effect Transistor, COMFET) или просто транзистор с изолированным затвором (Insulated-Gate Transistor, IGT), он эквивалентен паре Дарлингтона из полевого транзистора с изолированным затвором и биполярного транзистора:

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) (N-канальный)

По сути, полевой транзистор с изолированным затвором управляет током базы биполярного транзистора, который управляет током основной нагрузки между коллектором и эмиттером. Таким образом, получается чрезвычайно высокий коэффициент усиления по току (поскольку изолированный затвор IGFET транзистора практически не потребляет ток от схемы управления), и при этом падение напряжения коллектор-эмиттер в режиме полной проводимости ниже, чем у обычного биполярного транзистора.

Одним из недостатков IGBT транзистора по сравнению с обычным биполярным транзистором является его более медленное время выключения. Относительно быстроты переключения и способности работать с большими токами, победить биполярный транзистор сложно. Более быстрое время выключения для IGBT транзистора может быть достигнуто путем определенных изменений в конструкции, но только за счет более высокого падения напряжения между коллектором и эмиттером в режиме насыщения. Однако IGBT транзистор в приложениях управления большими мощностями обеспечивает хорошую альтернативу и полевым транзисторам с изолированным затвором, и биполярным транзисторам.

Оригинал статьи:

IGBT / БТИЗ транзистор (биполярный транзистор с изолированным затвором)IGFET / МДП транзистор (полевой транзистор с изолированным затвором)Биполярный транзисторОбучениеПара ДарлингтонаПолевой транзисторТранзисторный ключЭлектроника

Сохранить или поделиться

IGBT транзисторы, IGBT модули, IGBT полумосты SEMIKRON, модули skim

Компания SEMIKRON производит IGBT модули, полумосты, IGBT транзисторы, модули в различных корпусах, которые соответствуют определённым технологическим характеристикам. Различают восемь видов корпусов: SEMITRANS, SEMiX , SEMITOP,SKiiP IPM , Mini SKiiP, Mini SKiiP IPM, SKIM 4/5,SKIM 63/93.

SEMIKRON производит разнообразные типы силовых полупроводниковых приборов:

Модули IGBT.
Интеллектуальные модули IGBT.
Модули MOSFET.
Драйверы IGBT.
Тиристоры и диоды как в модульном исполнении так и в дискретном.

IGBT транзисторы

Биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ) (англ. IGBT от англ. Insulated-gate bipolar transistor) — трёхэлектродный силовой электронный прибор, используемый, в основном, как мощный электронный ключ в импульсных источниках питания, инверторах, в системах управления электрическими приводами.

IGBT транзисторы вытесняют тиристоры из высоковольтных схем преобразования частоты и позволяют создать импульсные источники вторичного электропитания с качественно лучшими характеристиками.

IGBT полумосты и модули

Semikron выпускает широкую гамму силовой продукции в диапазоне токов от 1 А до 100 А и напряжении от 200 В до 3000 В. Наиболее известны выпрямительные IGBT полумосты и диоды на большие токи.

Сегодня компания SEMIKRON предлагает восемь типов модулей IGBT в стандартных конструктивах с рабочим напряжением 600, 1200 и 1700 В.

IGBT транзисторы используются достаточно широко в инверторах для управления электродвигателями, в мощных системах бесперебойного питания с напряжениями свыше 1 кВ и токами в сотни ампер.

IGBT-транзисторы | ЭЛНИГО Оборудование, запчасти, комплектующие, расходники

Биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ, IGBT) — трёхэлектродный силовой электронный прибор, используемый, в основном, как мощный электронный ключ в импульсных источниках питания, инверторах, в системах управления электрическими приводами.

По своей внутренней структуре БТИЗ представляет собой каскадное включение двух электронных ключей: входной ключ на полевом транзистореуправляет мощным оконечным ключом на биполярном транзисторе. Управляющий электрод называется затвором, как у полевого транзистора, два других электрода — эмиттером и коллектором, как у биполярного. Такое составное включение полевого и биполярного транзисторов позволяет сочетать в одном устройстве достоинства обоих типов полупроводниковых приборов.

В настоящее время транзисторы IGBT выпускаются, как правило, в виде модулей в прямоугольных корпусах с односторонним прижимом и охлаждением (“Mitsubishi”, “Siemens”, “Semikron” и др.) и таблеточном исполнении с двухсторонним охлаждением (“Toshiba Semiconductor Group”). Модули с односторонним охлаждением выполняются в прочном пластмассовом корпусе с паяными контактами и изолированным основанием. Все электрические контакты находятся в верхней части корпуса. Отвод тепла осуществляется через основание.

Ток управления IGBT мал, поэтому цепь управления – драйвер конструктивно компактна. Наиболее целесообразно располагать цепи драйвера в непосредственной близости от силового ключа. В модулях IGBT драйверы непосредственно включены в их структуру. Интеллектуальные транзисторные модули (ИТМ), выполненные на IGBT, также содержат интеллектуальные устройства защиты от токов короткого замыкания, системы диагностирования, обеспечивающие защиту от исчезновения управляющего сигнала, одновременной проводимости в противоположных плечах силовой схемы, исчезновения напряжения источника питания и других аварийных явлений. В структуре ИТМ на IGBT предусматривается в ряде случаев система управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и однокристальная ЭВМ. Во многих модулях имеется схема активного фильтра для коррекции коэффициента мощности и уменьшения содержания высших гармонических в питающей сети.

Силовые IGBT модули производства Mitsubishi Electric

Mitsubishi Electric производит IGBT модули различных конструкций и модификаций в диапазоне токов от 15 до 1000А и с рабочим напряжением от 250 до 1400В. Кроме обычных одиночными, полумостовыми, мостовыми и трехфазнных модулей Mitsubishi выпускает интеллектуальные IGBT модули с различными дополнительными функциями. IGBT модули производства Mitsubishi применяются для управления двигателями постоянного и переменного тока. В устройствах бесперебойного питания.

Применение IGBT-модулей

Современные IGBT-модули находят сегодня широкое применение при создании неуправляемых и управляемых выпрямителей, автономных инверторов для питания двигателей постоянного и переменного тока средней мощности, преобразователей индукционного нагрева, сварочных аппаратов, источников бесперебойного питания, бытовой и студийной техники.

Особую роль IGBT -модули играют в развитии железнодорожного транспорта. Применение этих перспективных приборов в тяговом преобразователе позволило повысить частоту переключения, упростить схему управления, минимизировать загрузку сети гармониками и обеспечить предельно низкие потери в обмотках трансформатора и дросселей.

Power Electronics • Просмотр темы

многие спрашивают какие транзисторы IGBT куда ставить,чем их заменить,какие лучше,попробую обьяснить по своей практике. FGh50N60SMD -сильно греются в жару выносливые,можно в косой мост я не раз ставил с демонтажа полет нормальный. в полном мосту стоят по умолчанию горят как семечки. скорее всего невыдерживает внутрений диод и кристал обратного индукционного напряжения а также скачков напряжения сети.

SGW30N60HS редкие мне не встречались,кто не жалеет ставьте.

RJH60F5,RJH60F7ADPK в основном с часовым механизмом 340 + — 2 дня по окончании гарантиивылет,сужу по отзывам пользователей. при 160А ставят по 2 в плечё.и 200А тоже количество в аппараты на заводе подбирают по парно а нелеквид на продажу.отзывы о них у поставщиков плохие.первые сервисы забраковали. вторые прекрасно меняют IRGP4068D.

IRG4PC50W помоему копия FGh50N60SMD только без диода.стали подделывать перемаркер такого качества что не отличиш а может и китай штампует копию,партия от партии отличается по напряжению так я заметил.на качественных 1 год работал возвратов небыло. IRGP50B60PDPbF неплохо показали себя в полном мосту допускают паралельного включения. в косой мост ставить не рекомендую перегреваются частые вылеты сужу по пристижам.цена дорогая 350р

HGTG30N60A4 отличные транзисторы для косого моста. в полном мосту их не встречал.не раз ставил в косой мост возвратов не было. но цена от 300р.с буквой D тоже неплохие.

IRGP4068D отличные универсальные транзисторы.я их ставлю в косые мосты ставлю приэтом штатный внешний диод и в мостовые схемы, выносливые,меньше греются цена оптовая не менее 150р.не зря тэлвин разрешил из ставить в свою технику,возвратов с ними не наблюдал.в данный момент на краснодарском радиорынке остерегаются этого названия сплошной перемаркер да и по всей россии наверно не говорю об интернет магазинах последний раз видел с поставкой из москвы демонтированые выдовавшие за новые но парные с одной партии не подбереш,я свои заказ ждал полтора года пока поставщик нашел контору которая поставляет оригинал.этот транзистор является братом IRGP4063D который чуть дороже называется он самый красивый транзистор на этом сайте,лично я красивей не видел если при солнечном свете помотреть на его передний полированный квадрат со стороны и не увидеть темно синего яркого зеркала как переженная стружка с токарного станка то перед вами подделка.он есть в продаже и его пока не подделывают насколько мне известно я от 100 штук беру по 180р. розницой меньше 200р. я не встречал в продаже.будьте бдительный.
в некоторых аппаратах стоят мощные транзисторы например 60N60/80N60 с разными сериями и производителями мощность расеиванми у них такаяже не выше обычно они медленые по скорости переключения что вызывает перегрев,напряжения насыщения эмитер колектор 2 вольта и выше что увеличивает нагрев и главное тяжелый с большой емкостью затвор, на высокой частоте нужны большие токи управлением затвором что не может обеспечить штатный драйвер. иногда лучше поставить два транзистора в паралель и отдельные резисторы в затвор минимальной длины проводников чем искать аналог редкого транзистора.не используйте транзисторы с напряжением выше 600 вольт нагрев его будет выше и все сторания будут напрасны.

схема и преимущество использования в сварке

Применение высоковольтных мощных полупроводников позволило создавать компактные производительные сварочные инверторы. Последним словом в этой области после MOSFET инверторов стали сварочные аппараты на IGBT транзисторах.

Полевые полупроводники

Используемые в инверторах полупроводники по MOSFET технологии – это полевые силовые транзисторы с изолированным затвором. Управление полупроводником осуществляется напряжением, в отличие от биполярных транзисторов, управляемых током. Канал ключа имеет высокую проводимость 1 мОм. В закрытом виде у них огромное входное сопротивление.

Изначально полевые полупроводники использовались и до сих пор применяются как ключи. В схемах импульсных источников питания применяются полевики с индуцированным затвором. В таком исполнении при нулевом напряжении на затвор-исток канал закрыт.

Для открытия ключа требуется подать потенциал определенной полярности. Для управления ключом не требуется силовых источников. Данные полупроводники часто используются в источниках питания и инверторах.

Биполярный прибор

IGBT – это биполярный транзистор с изолированным затвором, применяемый в инверторе. Фактически он состоит из двух транзисторов на одной подложке. Биполярный прибор образует силовой канал, а полевой является каналом управления.

Соединение полупроводников двух видов позволяет совместить в одном устройстве преимущества полевых и биполярных приборов. Комбинированный прибор может, как биполярный, работать с высокими потенциалами, проводимость канала обратно пропорциональна току, а не его квадрату, как в полевом транзисторе.

При этом IGBT транзистор имеет экономичное управление полевого прибора. Силовые электроды называются, как в биполярном, а управляющий получил название затвора, как в МОП приборе.

IGBT транзисторы для сварочных инверторов и силовых приводов, где приходится работать при высоких напряжениях, стали использовать, как только отладили технологию их производства. Они сократили габариты, увеличили производительность и мощность инверторов. Иногда они заменяют даже тиристоры.

В IGBT инверторе для обеспечения работы мощных переключателей применяются драйверы – микросхемы, усиливающие управляющий сигнал и ускоряющие быструю зарядку затвора.

Некоторые модели IGBT транзисторов работают с напряжением от 100 В до 10 кВ и токами от 20 до 1200 А. Поэтому их больше применяют в силовых электроприводах, сварочных аппаратах.

Полевые транзисторы больше применяют в импульсных источниках и однофазных сварочных инверторах. При токовых параметрах 400-500 В и 30-40 А они имеют лучшие рабочие характеристики. Но так как IGBT приборы могут применяться в более тяжелых условиях, их все чаще применяют в сварочных инверторах.

Применение в сварке

Простой сварочный инвертор представляет собой импульсный источник питания. В однофазном инверторном источнике питания переменный ток напряжением 220 В и частотой 50 или 60 Гц выпрямляется с помощью мощных диодов, схема включения мостовая.

Затем инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное, но уже высокой частоты (от 30 кГц до 120 кГц). Проходя через понижающий высокочастотный трансформатор (преобразователь), напряжение понижается до нескольких десятков вольт. Потом этот ток преобразуется обратно в постоянный.

Все преобразования необходимы для уменьшения габаритов сварочного аппарата. Традиционная схема сварочного инвертора получалась надежной, но имела очень большие габариты и вес. Кроме этого, характеристики сварочного тока с традиционным источником питания были значительно хуже, чем у инвертора.

Передача электроэнергии на высокой частоте позволяет использовать малогабаритные трансформаторы. Для получения высокой частоты постоянный ток преобразуется с помощью высоковольтных, мощных силовых транзисторов в переменный частотой 50-80 кГц.

Для работы мощных транзисторов напряжение 220 В выпрямляется, проходя через мостовую схему и фильтр из конденсаторов, который уменьшает пульсации. На управляющий электрод полупроводника подается переменный сигнал с генератора прямоугольных импульсов, который открывает/закрывает электронные ключи.

Выходы силовых транзисторов подключаются к первичной обмотке понижающего трансформатора. Благодаря тому, что они работают на большой частоте, их габариты уменьшаются в несколько раз.

Силовой инверторный блок

Переменное напряжение 220 В – это некоторое усредненное значение, которое показывает, что оно имеет такую же энергию, как и постоянный ток в 220 В. Фактически амплитуда равна 310 В. Из-за этого в фильтрах используются емкости на 400 В.

Мостовая выпрямительная сборка монтируется на радиатор. Требуется охлаждение диодов, поскольку через них протекают большие токи. Для защиты диодов от перегрева на радиаторе имеется предохранитель, при достижении критической температуры он отключает мост от сети.

В качестве фильтра используются электролитические конденсаторы, емкостью от 470 мкФ и рабочим напряжением 400 В. После фильтра напряжение поступает на инвертор.

Во время переключения ключей происходят броски импульсного тока вызывающие высокочастотные помехи. Чтобы они не проникали в сеть и не портили ее качество, сеть защищают фильтром электромагнитной совместимости. Он представляет собой набор конденсаторов и дросселя.

Сам инвертор собирается по мостовой схеме. В качестве ключевых элементов применяются IGBT транзисторы на напряжения от 600 В и токи соответствующие данному инвертору.

Они тоже с помощью специальной термопасты монтируются на радиаторы. При переключениях этих транзисторов возникают броски напряжения. Чтобы их погасить применяются RC фильтры.

Полученный на выходе электронных ключей переменный ток поступает на первичную обмотку высокочастотного понижающего трансформатора. На выходе вторичной обмотки получается переменный ток напряжением 50-60 В.

Под нагрузкой, когда идет сварка, он может выдавать ток до нескольких сотен ампер. Вторичная обмотка обычно выполняется ленточным проводом для уменьшения габаритов.

На выходе трансформатора стоит еще один мощный диодный мост. С него уже снимается необходимый сварочный ток. Здесь используются быстродействующие силовые диоды, другие использовать нельзя, потому что они сильно греются и выходят из строя. Для защиты от импульсных бросков напряжения используются дополнительные RC цепи.

Мягкий пуск

Для питания блока управления инвертора применяется стабилизатор на микросхеме с радиатором. Напряжение питания поступает с главного выпрямителя через резистивный делитель.

При включении сварочного инвертора конденсаторы начинают заряжаться. Токи достигают таких больших величин, что могут сжечь диоды. Чтобы этого не произошло, используется схема ограничения заряда.

В момент пуска ток проходит через мощный резистор, который ограничивает пусковой ток. После зарядки конденсаторов резистор с помощью реле отключается, шунтируется.

Блок управления и драйвер

Управление инвертором осуществляет микросхема широтно-импульсного модулятора. Она подает высокочастотный сигнал на управляющий электрод биполярного транзистора с изолированным затвором. Для защиты силовых транзисторов от перегрузок дополнительно устанавливаются стабилитроны между затвором и эмиттером.

Для контроля напряжения сети и выходного тока используется операционный усилитель, на нем происходит суммирование значений контролируемых параметров. При превышении или понижении от допустимых значений срабатывает компаратор, который отключает аппарат.

Для ручной регулировки сварочного тока предусмотрен переменный резистор, регулировочная ручка которого выводится на панель управления.

Сварочное оборудование на IGBT транзисторах имеет наилучшие характеристики по надежности. По сравнению с полевыми ключами биполярные транзисторы с изолированными затворами имеют преимущество больше 1000 В и 200 А.

При использовании в бытовых приборах и сварочных инверторах для домашнего пользования первое место до недавнего времени оставалось за сварочным оборудованием с MOSFET полупроводниками. Эта технология давно используется и хорошо отработана. Но у нее нет перспектив роста, в отличие от оборудования на IGBT транзисторах.

Новые модели уже ничем не уступают устройствам с полевыми приборами и на малых напряжениях. Только по цене первенство остается за аппаратами с полевыми транзисторами с индуцированным затвором.

Что такое IGBT — работа, работа, 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 основами 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 терминалом Gate, 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 построен с эквивалентной схемой, состоящей из двух транзисторов и MOSFET, поскольку IGBT имеет выход нижеприведенной 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. различных названия IGBT : Транзистор с изолированным затвором (IGT), Транзистор с изолированным затвором из оксида металла (MOSIGT), Полевой транзистор с модулированным усилением (GEMFET), Полевой транзистор с кондуктивной модуляцией (COMFET).

Работа БТИЗ

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, представляет собой слой подложки p+ , над которым находится n-слой , еще один слой p находится ближе к эмиттеру, а внутри слоя p мы имеем слоя n+ .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 V _G, подключенный положительно к клемме затвора по отношению к эмиттеру. 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 напряжение не подается, 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 вставку отрицательных носителей заряда в p-область, чем выше приложенное напряжение V _G, тем больше вставка отрицательно заряженных носителей. Это приведет к образованию канала между переходом J2, который обеспечивает протекание тока от коллектора к эмиттеру . Поток тока представлен 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 классифицируются как два типа на основе буферного слоя n+, IGBT, которые имеют буферный слой n+, называются IGBT с пробивкой через IGBT (PT-IGBT) , IGBT, которые не имеют буферного слоя n+, называются Непробиваемый 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 сквозным IGBT (PT-IGBT) и непробиваемым IGBT (NPT-IGBT)

Пробойник 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 сильно легированный слой P+

Коллектор представляет собой слаболегированный P-слой.

Он имеет небольшой положительный температурный коэффициент напряжения в состоянии ВКЛ, 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 цепи

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 транзистора PNP соединен с транзистором NPN через JFET, JFET соединяет коллектор транзистора PNP и базу транзистора PNP. Эти транзисторы устроены таким образом, что образуют паразитный тиристор, настроенный на создание контура 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, ему 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 .Когда V _GE увеличивается 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 активную область , и через устройство начинает протекать ток. Поток тока будет увеличиваться с увеличением напряжения V _GE, как показано на графике выше.

Применение IGBT
IGBT используются в различных приложениях, таких как приводы двигателей переменного и постоянного тока, нерегулируемые источники питания (UPS), импульсные источники питания (SMPS), управление тяговыми двигателями и индукционный нагрев, инверторы, используемые для объединения FET с изолированным затвором для управления вход и силовой биполярный транзистор в качестве переключателя в одном устройстве и т. д.

Блоки IGBT
GBT доступны в разных упаковках 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.
IGBT Биполярный транзистор с изолированным затвором » Electronics Notes
IGBT используются для многих приложений переключения мощности, и они представляют собой объединение технологий полевых транзисторов и биполярных транзисторов.
Полевые транзисторы, полевые транзисторы Включает:
Основные сведения о полевых транзисторах характеристики полевого транзистора JFET МОП-транзистор МОП-транзистор с двойным затвором Мощный МОП-транзистор MESFET / GaAs полевой транзистор ХЕМТ И ФЕМТ Технология FinFET БТИЗ
Биполярные транзисторы с изолированным затвором или IGBT представляют собой дискретные полупроводниковые устройства, которые обычно используются в силовых приложениях.
Преимущество IGBT-транзисторов состоит в том, что они сочетают в себе многие характеристики МОП-транзисторов и биполярных транзисторов, обеспечивая возможности 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 и МОП-транзисторы, и биполярные транзисторы с 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 именами, включая: и IGT: транзистор с изолированным затвором, IGR: выпрямитель с изолированным затвором, COMFET: полевой транзистор с модулированной проводимостью, GEMFET: МОП-транзистор с улучшенным коэффициентом усиления, BiFET: биполярный полевой транзистор и инжекторный полевой транзистор.
История и развитие БТИЗ
устройство было впервые продемонстрировано в 1979 году исследователем по имени Балига, а затем в 1980 году Пламмером и Шарфом, а также Лейпольдом, а затем Тихани.
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 числовая технология стала более устоявшейся, и инженеры увидели, как эти устройства можно использовать в своих электронных конструкциях с пользой.
Обозначение 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 MOSFET, который является двунаправленным, и хотя структура IGBT кажется такой же, как у тиристора с затвором MOS, действие тиристора подавлено, 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 Мощный 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
Полное выходное сопротивление Низкий Средний Низкий
Преимущества и недостатки IGBT
Как и следовало ожидать, IGBT имеют ряд преимуществ и недостатков по сравнению с биполярными транзисторами или мощными полевыми МОП-транзисторами, и их необходимо тщательно сбалансировать при рассмотрении возможности их использования в электронных схемах.
Преимущества БТИЗ
Обладает высокими характеристиками по напряжению и току по сравнению с биполярным транзистором или мощным МОП-транзистором
Обычно они не фиксируются так, как тиристоры
Может переключать высокие уровни тока с помощью низкого управляющего напряжения
IGBT имеет очень низкое сопротивление
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 с сигналами переменного тока без дополнительной схемы
Обладает более низкой скоростью переключения, чем MOSFET
.
Не удается заблокировать высокое обратное напряжение
Могут возникнуть проблемы с фиксацией из-за структуры PNPN, которая имеет тиристорную структуру внутри устройства, хотя уровни легирования должны подавлять действие тиристора
Более дорогой, 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. Обычно им требуется два устройства с противоположной полярностью, чтобы можно было приспособить обе половины цикла.
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 во многих 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
Физическая структура БТИЗ
Структура IGBT относительно сложна по сравнению с базовым биполярным транзистором или MOSFET.
IGBT использует оба типа носителей, то есть дырки и электроны, для работы полупроводникового устройства.
Вход похож на полевой МОП-транзистор и обеспечивает высокое входное сопротивление и рабочее напряжение для устройства, а выход похож на 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 полевого МОП-транзистора.
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 впрыска субстрата P+: Это слой, ближайший к коллектору, и его часто называют областью впрыска. 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 возможность пробоя 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, более низкую 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 схему, 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, для устройств NPT скорость и потери при переключении остаются почти постоянными в 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 электронной схеме 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: Когда V _GE начинает расти, наблюдается небольшой ток утечки, но устройство все еще не находится в проводящем состоянии.
В _GE > порог: По достижении порогового напряжения устройство переходит в режим проведения 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 силовой коммутации: источники питания, широтно-импульсная модуляция и т. д.Низкое сопротивление «включено» снижает уровень рассеиваемой мощности в любой электронной конструкции.
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, представляют собой дополнительный компонент 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
Вернитесь в меню «Компоненты».. .
БТИЗ | Биполярный транзистор с изолированным затвором
IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором) представляют собой полупроводники, которые в основном используются в качестве переключающих устройств для разрешения или прекращения потока энергии. У них есть много преимуществ в результате того, что они представляют собой нечто среднее между двумя наиболее распространенными транзисторами: биполярными транзисторами и полевыми МОП-транзисторами. RS Components предлагает тщательно подобранный ассортимент IGBT от множества надежных брендов, включая Infineon, ON Semiconductor, STMicroelectronics и многих других.Вы можете узнать больше в нашем полном руководстве по IGBT.
Как работают IGBT-транзисторы?
IGBT-транзисторы представляют собой устройства с тремя выводами, которые подают напряжение на полупроводник, изменяя его свойства, чтобы блокировать поток энергии, когда он находится в выключенном состоянии, и разрешать поток энергии во включенном состоянии. Они управляются структурой затвора из оксида металла и полупроводника и широко используются для переключения электроэнергии в таких приложениях, как сварка, электромобили, кондиционеры, поезда и источники бесперебойного питания.
Какие существуют типы IGBT-транзисторов?
Существуют различные типы IGBT-транзисторов, которые классифицируются по различным параметрам, таким как максимальное напряжение, ток коллектора, тип упаковки и скорость переключения. Тип IGBT-транзистора, который вы выберете, будет варьироваться в зависимости от точного уровня мощности и рассматриваемых приложений, поэтому важно знать как можно больше ваших точных требований, чтобы выбрать правильный IGBT для вашего приложения.
В чем разница между MOSFET и IGBT?
БТИЗ имеет гораздо более низкое прямое падение напряжения по сравнению с обычным полевым МОП-транзистором в устройствах с более высоким номинальным напряжением блокировки. Однако МОП-транзисторы характеризуются более низким прямым напряжением при более низкой плотности тока из-за отсутствия диода Vf в выходном биполярном транзисторе IGBT. Транзисторный модуль IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) состоит из одного или нескольких IGBT и используется во многих типах. промышленного оборудования благодаря его надежности.Транзисторы IGBT представляют собой нечто среднее между транзисторами с биполярным переходом (BJT) и полевыми МОП-транзисторами. Они обладают высокой эффективностью и быстрым переключением, а также имеют характеристики высокого тока и низкого напряжения насыщения.
Каково типичное применение IGBT?
БТИЗ широко используются в электронных устройствах, включая бытовую электронику, промышленные технологии, транспорт и электродвигатели, аэрокосмические электронные устройства и приложения в энергетическом секторе.
NGTG50N60FW — БТИЗ
%PDF-1.4 % 1 0 объект > эндообъект 6 0 объект /Заголовок (NGTG50N60FW — IGBT) >> эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 4 0 объект > ручей приложение/pdf
NGTG50N60FW — IGBT
ПО Полупроводник
Этот биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) имеет надежный и экономичная конструкция траншеи и обеспечивает превосходную производительность в требовательных коммутационных приложениях, предлагая как низкое состояние напряжение и минимальные потери при переключении.
2012-12-13T11:35:33-07:00BroadVision, Inc.2020-11-10T13:43:16+01:002020-11-10T13:43:16+01:00Acrobat Distiller 10.1.4 (Windows)uuid: 585c07b6-f3d6-47ac-a4db-8025f7bcd66fuuid:8295a8b8-ca3c-445f-acaf-20142591a64fPrint конечный поток эндообъект 5 0 объект > эндообъект 7 0 объект > эндообъект 8 0 объект > эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > эндообъект 14 0 объект > эндообъект 15 0 объект > эндообъект 16 0 объект > эндообъект 17 0 объект > эндообъект 18 0 объект > эндообъект 19 0 объект > эндообъект 20 0 объект > ручей HVnFȯG{eQ%ֈN y@»>;$EYsY`1
Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)
IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) обеспечивает высокую скорость переключения, необходимую для работы ЧРП с ШИМ.IGBT способны включаться и выключаться несколько тысяч раз в секунду. VFD IGBT может включаться менее чем за 400 наносекунд и выключаться примерно за 500 наносекунд. VFD IGBT состоит из затвора, коллектора и эмиттера. Когда на затвор подается положительное напряжение (обычно +15 В постоянного тока), IGBT включается. Это похоже на замыкание переключателя. Ток будет течь между коллектором и эмиттером. VFD IGBT выключается снятием положительного напряжения с затвора. В выключенном состоянии напряжение затвора IGBT обычно поддерживается на небольшом отрицательном уровне (-15 В постоянного тока), чтобы предотвратить включение устройства.

Во всех современных частотно-регулируемых приводах используются силовые устройства, известные как биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). Эти устройства позволяют свести к минимуму раздражающие звуковые шумы за счет использования частот переключения за пределами слышимого диапазона. К сожалению, частотно-регулируемые приводы, использующие IGBT, представляют собой высокий потенциал для создания RFI — радиочастотных помех. Быстрое переключение в этих устройствах генерирует сигналы с острыми краями и высокочастотными компонентами, которые генерируют больше радиопомех. Наиболее вероятная жалоба – это помехи для радиостанций АМ-диапазона 500-1600 кГц.Тем не менее, чувствительные компьютеры, медицинское оборудование и другие чувствительные к шуму устройства, использующие одну и ту же шину питания, могут испытывать серьезные помехи.
В крайних случаях сам ЧРП может испытывать электрические шумовые помехи (как уменьшить шум?). Если оборудование машинного отделения лифта неправильно размещено и неправильно подключено, электрические помехи, распространяемые системой частотно-регулируемого привода лифта, могут мешать работе контроллера лифта.
Примером может служить здание без надежной системы заземления, где система частотно-регулируемого привода столкнулась с многочисленными проблемами.Было обеспечено надежное заземление, чтобы устранить многие проблемы с электрическими шумами, однако сам частотно-регулируемый привод подвергался влиянию неустановленных источников шума.
Прокладка полевой проводки подрядчика к контроллеру была проверена, и было обнаружено и устранено несколько недостатков. Впоследствии было установлено, что понижающий силовой/изолирующий трансформатор, необходимый для данного конкретного применения, физически располагался слишком близко к передней части контроллера. При открытой дверце контроллера трансформатор создавал помехи, которые влияли на управляющие микрокомпьютеры.Решением было размещение экрана между трансформатором и контроллером, хотя другие методы также могли сработать.
Транзисторы | Биполярные транзисторы с изолированным затвором
NTE
Тип
№ Описание
и
Применение Футляр
Стиль Коллектор –
Эмиттер
Пробой
Напряжение
(В) Затвор к
Излучатель
Отсечка
Напряжение
(В) Затвор к
Излучатель
Пробой
Напряжение
(В) Максимум
Коллектор
Ток
(Ампер) Коллектор —
Эмиттер
Насыщение
Напряжение
(Вольты) Вход
Емкость
(пф) Устройство
Общая мощность
Рассеиваемая мощность
@ T _C = +25°C
(Ватт)
В _(BR)CES В _GE (выкл.) БВ _ГЭС I _С В _СЕ(сб) C _ие П _Д
3300 N-КАНАЛЬНЫЙ
Расширение
Высокий режим
Переключатель скорости TO220
Полный
Упаковка 400 Мин. 7 Макс. ±25 Макс. 10 8.0 Макс. 1350 Тип 30 Макс.
t _r = 0,50 мкс, t _на = 0,50 мкс, t _f = 6 мкс, t _выкл. = 7 мкс
3301 N-КАНАЛЬНЫЙ
Расширение
Высокий режим
Переключатель скорости TO220
Полный
Упаковка 400 Мин. 7 Макс. ±25 Макс. 15 8.0 Макс. 2000 Тип 40 Макс.
t _r = 0,50 мкс, t _на = 0,50 мкс, t _f = 6 мкс, t _выкл. = 7 мкс
3302 N-КАНАЛЬНЫЙ
Расширение
Высокий режим
Переключатель скорости TO220
Полный
Упаковка 600 Мин. 6 Макс. ±20 Макс. 8 4.0 Макс. 650 Тип 30 Макс.
t _r = 0,60 мкс, t _на = 0,80 мкс, t _f = 0,35 мкс, t _выкл. = 1 мкс
3303 N-КАНАЛЬНЫЙ
Расширение
Высокий режим
Переключатель скорости TO220
Полный
Упаковка 600 Мин. 6 Макс. ±20 Макс. 15 4.0 Макс. 1100 Тип 35 Макс.
t _r = 0,60 мкс, t _на = 0,80 мкс, t _f = 0,35 мкс, t _выкл. = 1 мкс
3310 N-КАНАЛЬНЫЙ
Расширение
Высокий режим
Переключатель скорости ТО3П 600 Мин. 6 Макс. ±20 Макс. 15 4.0 Макс. 1100 Тип 100 Макс.
t _r = 0,60 мкс, t _на = 0,80 мкс, t _f = 0,35 мкс, t _выкл. = 1 мкс
3311 N-КАНАЛЬНЫЙ
Расширение
Высокий режим
Переключатель скорости ТО3П 600 Мин. 6 Макс. ±20 Макс. 25 4.0 Макс. 1400 Тип 150 Макс.
t _r = 0,30 мкс, t _на = 0,40 мкс, t _f = 0,15 мкс, t _выкл. = 0,50 мкс
3320 N-КАНАЛЬНЫЙ
Расширение
Высокий режим
Переключатель скорости ТО3ПБЛ 600 Мин. 6 Макс. ±20 Макс. 50 2.0 Макс. 7900 Тип 240 Макс.
t _r = 0,07 мкс, t _на = 0,24 мкс, t _f = 0,05 мкс, t _выкл. = 0,43 мкс
3322 N-КАНАЛЬНЫЙ
Расширение
Высокий режим
Переключатель скорости ТО3ПБЛ 900 Мин. 6 Макс. ±25 Макс. 60 2.7 макс 3800 Тип 170 Макс.
t _r = 0,35 мкс, t _на = 0,46 мкс, t _f = 0,25 мкс, t _выкл. = 0,60 мкс
3323 N-КАНАЛЬНЫЙ
Расширение
Высокий режим
Переключатель скорости ТО3ПБЛ 1200 Мин. 6 Макс. ±20 Макс. 25 4.0 Макс. 3200 Тип 200 Макс.
t _r = 0,30 мкс, t _на = 0,40 мкс, t _f = 0,25 мкс, t _выкл. = 0,80 мкс
Руководство по выбору биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT)
: типы, характеристики, области применения
Описание

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) представляют собой полупроводники, которые сочетают в себе высоковольтный и сильноточный биполярный переходной транзистор (BJT) с маломощным и быстро переключающимся полевым транзистором металл-оксид-полупроводник (MOSFET).Следовательно, IGBT обеспечивают более высокую скорость и лучшие приводные и выходные характеристики, чем силовые BJT, и обеспечивают более высокую плотность тока, чем эквивалентные мощные MOSFET.

Конструктивно IGBT имеют двойную диффузию областей p-типа и n-типа. Подача напряжения на контакт затвора формирует инверсионный слой под затвором. Слой подложки p ⁺ служит стоком, позволяя области p-типа заполнять «дыры» в дрейфовой области n-типа. Буферный слой n ⁺ предотвращает распространение обедненной области на биполярный коллектор, уменьшая потери во включенном состоянии, но резко снижая способность устройства к обратному блокированию.

Технические характеристики

Напряжение пробоя коллектор-эмиттер
Коллектор-эмиттер «включено» или напряжение насыщения
Максимальный ток коллектора
Ток утечки затвор-эмиттер
Время нарастания
Время падения
Скорость переключения
Рассеиваемая мощность
Температура
Характеристики

Прочие характеристики

Полярность IGBT может быть n-канальной или p-канальной
Сквозные и несквозные конструкции
Конкретный диапазон температур
Механические и электрические характеристики, подходящие для коммерческого, промышленного или автомобильного применения
Уровни проверки для военных спецификаций (MIL-SPEC)

Видео: ON Semiconductor / CC BY 3.0

Типы пакетов

Контур транзистора (TO) Пакеты включают TO-92, единый встроенный пакет, часто используемый для устройств с низким энергопотреблением; TO-220, который подходит для устройств большой мощности, среднего тока и быстродействующей мощности; и TO-263, версия корпуса TO-220 для поверхностного монтажа.

Малогабаритный транзистор (SOT) Пакеты включают SOT23, который часто используется в бытовой технике, офисном и промышленном оборудовании, персональных компьютерах, принтерах и коммуникационном оборудовании; SOT89, пластиковый корпус для поверхностного монтажа с тремя выводами и прокладкой коллектора для хорошей теплопередачи; и SOT223, герметичный корпус, обеспечивающий превосходную работу в условиях высоких температур и уровней влажности.

Типы корпусов IC для IGBT также включают дискретные или декаваттные корпуса (DPAK) и плоские корпуса (FPAK).

Методы упаковки

В методе на катушке с лентой компоненты упаковываются в лентопротяжную систему путем наматывания определенной длины или количества для транспортировки, обработки и конфигурации в стандартном автоматизированном оборудовании для сборки плат.

Рельс , еще один стандартный метод упаковки, обычно используется только в производственных условиях.

Устройства для групповой упаковки распространяются в виде отдельных частей, а компоненты лотков отправляются в лотках.

Трубка или палочка магазинный метод используется для подачи биполярных транзисторов с изолированным затвором в автоматические установочные машины для сквозного или поверхностного монтажа.

Что такое IGBT транзистор и его устройство

Принцип работы IGBT транзистора

Основные характеристики IGBT транзисторов

Области применения IGBT транзисторов

Преимущества и недостатки IGBT транзисторов

Как проверить IGBT транзистор мультиметром

Выбор IGBT транзистора для конкретного применения

Особенности применения IGBT транзисторов в силовой электронике

Как проверить IGBT транзистор мультиметром | Энергофиксик

Немного теории

Проверяем IGBT транзистор мультиметром

Основные параметры и аспекты применения дискретных IGBT

Требования к схеме управления затвором

Влияние импеданса цепи затвора на потери при переключениях

Влияние импеданса цепи затвора на чувствительность к шуму

Вклад общей индуктивности эмиттера в импеданс цепи затвора

Траектории переключения и область безопасной работы ОБР

Потери при жестких переключениях

Компромисс между потерями проводимости и потерями при переключениях: оптимизация транзисторов

Тепловой анализ

Замена MOSFET-транзисторов на IGBT

Рекомендации по параллельному включению IGBT

Наши информационные каналы

IGBT транзисторы

Теги

IGBT транзисторы, IGBT модули, IGBT полумосты SEMIKRON, модули skim

IGBT транзисторы

IGBT полумосты и модули

IGBT-транзисторы | ЭЛНИГО Оборудование, запчасти, комплектующие, расходники

Power Electronics • Просмотр темы

схема и преимущество использования в сварке

Полевые полупроводники

Биполярный прибор

Применение в сварке

Силовой инверторный блок

Мягкий пуск

Блок управления и драйвер

Что такое IGBT — работа, работа, применение и различные типы IGBT

IGBT Биполярный транзистор с изолированным затвором » Electronics Notes

IGBT используются для многих приложений переключения мощности, и они представляют собой объединение технологий полевых транзисторов и биполярных транзисторов.

История и развитие БТИЗ

Обозначение цепи IGBT

IGBT, биполярный транзистор с изолированным затвором, основы

Преимущества и недостатки IGBT

Применение БТИЗ

Физическая структура БТИЗ

Типы БТИЗ

Характеристики БТИЗ

БТИЗ корпуса

БТИЗ | Биполярный транзистор с изолированным затвором

Как работают IGBT-транзисторы?

Какие существуют типы IGBT-транзисторов?

В чем разница между MOSFET и IGBT?

Каково типичное применение IGBT?

NGTG50N60FW — БТИЗ

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)

Транзисторы | Биполярные транзисторы с изолированным затвором

: типы, характеристики, области применения

Описание

Технические характеристики

Характеристики

Прочие характеристики

Типы пакетов

Методы упаковки

Похожие записи

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий Отменить ответ