IGBT ir īss izolēta vārtu bipolārā tranzistora veids, bipolārā savienojuma tranzistora (BJT) un metāla oksīda lauka efekta tranzistora (MOS-FET) kombinācija. Tā ir pusvadītāju ierīce, ko izmanto saistīto lietojumprogrammu pārslēgšanai.
Tā kā IGBT ir MOSFET un tranzistora kombinācija, tai ir gan tranzistoru, gan MOSFET priekšrocības. MOSFET priekšrocības ir liels komutācijas ātrums ar lielu pretestību, un, no otras puses, BJT ir priekšrocība ar lielu pastiprinājumu un zemu piesātinājuma spriegumu, abi ir IGBT tranzistorā. IGBT ir ar spriegumu kontrolēts pusvadītājs, kas nodrošina lielu kolektoru izstarotāju strāvu ar gandrīz nulles vārtu strāvas piedziņu.
Kā jau tika apspriests, IGBT ir gan MOSFET, gan BJT priekšrocības, IGBT ir izolēti vārti tāpat kā tipiskie MOSFET un tie paši izvades pārsūtīšanas raksturlielumi. Lai gan BJT ir pašreizēja vadāma ierīce, bet IGBT vadība ir atkarīga no MOSFET, tādējādi tā ir ar spriegumu kontrolēta ierīce, kas ir līdzvērtīga standarta MOSFET.
IGBT ekvivalenta shēma un simbols
Iepriekš redzamajā attēlā ir parādīta līdzvērtīga IGBT shēma. Tā ir tā pati shēmas struktūra, ko izmanto Darlingtonas tranzistorā, kur divi tranzistori ir savienoti tieši tāpat. Kā redzam iepriekšējo attēlu, IGBT apvieno divas ierīces, N kanāla MOSFET un PNP tranzistoru. N kanāla MOSFET virza PNP tranzistoru. Standarta BJT kontaktligzdā ir savācējs, izstarotājs, bāze, un standarta MOSFET tapā ir vārti, kanalizācija un avots. Bet IGBT tranzistora tapu gadījumā tie ir vārti, kas nāk no N kanāla MOSFET, un kolektors un emitētājs nāk no PNP tranzistora.
PNP tranzistorā kolektors un Emiters ir vadīšanas ceļš, un, kad IGBT ir ieslēgts, tas tiek veikts un caur to pārvadā strāvu. Šo ceļu kontrolē N kanāla MOSFET.
BJT gadījumā mēs aprēķinām pieaugumu, kas tiek apzīmēts kā Beta (
Iepriekš redzamajā attēlā ir parādīts IGBT simbols. Kā redzam, simbols ietver tranzistora kolektora izstarotāja daļu un MOSFET vārtu daļu. Trīs termināli ir parādīti kā vārti, savācējs un emitētājs.
Strāvas plūsma no kolektora uz izstarotāju strāvas vai ieslēgtā režīmā “ ON ”. Tas pats notiek ar BJT tranzistoru. Bet IGBT gadījumā bāzes vietā ir vārti. Starpību starp vārtu un emitētāju spriegumu sauc par Vge un sprieguma starpību starp kolektoru un izstarotāju sauc par Vce.
Emitera strāva (Ti) ir gandrīz tāds pats kā kolektora strāvu (Ic), IE = Ic. Tā kā strāvas plūsma ir samērā vienāda gan kolektorā, gan izstarotājā, Vce ir ļoti zema.
Uzziniet vairāk par BJT un MOSFET šeit.
IGBT lietojumi:
IGBT galvenokārt izmanto ar enerģiju saistītās lietojumprogrammās. Standarta jaudas BJT reaģēšanas īpašības ir ļoti lēnas, savukārt MOSFET ir piemērots ātrai komutācijas lietošanai, bet MOSFET ir dārga izvēle, kur nepieciešams lielāks strāvas vērtējums. IGBT ir piemērots jaudas BJT un Power MOSFET nomaiņai.
Arī IGBT piedāvā zemāku ieslēgšanas pretestību, salīdzinot ar BJT, un šīs īpašības dēļ IGBT ir termiski efektīvs lietojumos, kas saistīti ar lielu jaudu.
IGBT lietojumprogrammas ir plašas elektronikas jomā. Sakarā ar zemu pretestību, ļoti augstu strāvas vērtējumu, lielu pārslēgšanās ātrumu, nulles vārtu piedziņu, IGBT tiek izmantoti lieljaudas motora vadībā, invertoros, pārslēgtā režīma barošanas blokā ar augstas frekvences pārveidojošajām zonām.
Iepriekš redzamajā attēlā pamata pārslēgšanās programma tiek parādīta, izmantojot IGBT. RL, ir pretestības slodze savienots pāri IGBT s emitera uz zemes. Sprieguma starpība slodzē tiek apzīmēta kā VRL. Arī slodze var būt induktīva. Labajā pusē ir parādīta cita shēma. Slodze ir savienota visā kolektorā, kur kā strāvas aizsardzība Resistor ir savienots visā emitētājā. Abos gadījumos strāva plūst no kolektora uz izstarotāju.
BJT gadījumā mums ir jānodrošina pastāvīga strāva visā BJT pamatnē. Bet IGBT gadījumā, tāpat kā MOSFET, mums jānodrošina pastāvīgs spriegums pāri vārtiem, un piesātinājums tiek uzturēts nemainīgā stāvoklī.
Kreisajā gadījumā sprieguma starpība VIN, kas ir ieejas (vārtu) potenciāla starpība ar zemi / VSS, kontrolē izejas strāvu, kas plūst no kolektora uz izstarotāju. Sprieguma starpība starp VCC un GND visā slodzē ir gandrīz vienāda.
Labās puses ķēdē strāva, kas plūst caur slodzi, ir atkarīga no sprieguma, kas dalīts ar RS vērtību.
I RL2 = V IN / R S
Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), var ieslēgt " ON " un " OFF ", aktivizējot vārtiem. Ja mēs padarīsim vārtus pozitīvākus, pieliekot spriegumu pāri vārtiem, IGBT izstarotājs saglabā IGBT stāvoklī “ ON ” (ieslēgts) un, ja vārti tiek padarīti negatīvi vai nulle, IGBT paliks “ OFF ” stāvoklī. Tas ir tāds pats kā BJT un MOSFET komutācija.
IGBT IV līknes un pārsūtīšanas raksturojums
Iepriekš redzamajā attēlā IV raksturlielumi ir parādīti atkarībā no atšķirīgā vārtu sprieguma vai Vge. X ass apzìmè kolektora emitera sprieguma vai Vce un Y asij, apzīmē kolektora strāvu. Izslēgtā stāvoklī strāva, kas plūst caur kolektoru, un vārtu spriegums ir nulle. Kad mēs mainām Vge vai vārtu spriegumu, ierīce nonāk aktīvajā reģionā. Stabils un nepārtraukts spriegums pāri vārtiem nodrošina nepārtrauktu un stabilu strāvas plūsmu caur kolektoru. Vge pieaugums proporcionāli palielina kolektora strāvu, Vge3> Vge2> Vge3. BV ir IGBT sadalīšanās spriegums.
Šī līkne ir gandrīz identiska BJT IV pārnesuma līknei, taču šeit parādīts Vge, jo IGBT ir ierīce, kuru kontrolē spriegums.
Iepriekš redzamajā attēlā ir parādīta IGBT pārsūtīšanas īpašība. Tas ir gandrīz identisks PMOSFET. Pēc Vge vērtības pārsniegšanas par sliekšņa vērtību atkarībā no IGBT specifikācijas IGBT nonāks stāvoklī “ ON ”.
Šeit ir salīdzināšanas tabula, kas sniegs mums patiesu priekšstatu par atšķirību starp IGBT ar POWER BJT un Power MOSFET.
|
Ierīces raksturojums |
IGBT |
Jauda MOSFET |
Jauda BJT |
|
Sprieguma vērtējums |
|||
|
Pašreizējais vērtējums |
|||
|
Ievades ierīce |
|||
|
Ieejas pretestība |
|||
|
Izejas pretestība |
|||
|
Pārslēgšanās ātrums |
|||
|
Izmaksas |
Nākamajā video mēs redzēsim IGBT tranzistora komutācijas ķēdi.