IGBT - це коротка форма біполярного транзистора із ізольованими воротами, поєднання транзистора біполярного переходу (BJT) та транзистора з польовим ефектом оксиду металу (MOS-FET). Це напівпровідниковий пристрій, що використовується для комутації відповідних програм.
Оскільки IGBT є комбінацією MOSFET і транзистора, він має переваги як транзисторів, так і MOSFET. MOSFET має переваги високої швидкості комутації з високим імпедансом, а з іншого боку BJT має перевагу високого коефіцієнта посилення та низької напруги насичення, обидва вони присутні в IGBT-транзисторі. IGBT - напівпровідник, керований напругою, який забезпечує великі струми колекторного випромінювача з майже нульовим приводом струму затвора.
Як вже було сказано, IGBT має переваги як MOSFET, так і BJT, IGBT має ізольований затвор, такий же, як і типові MOSFET, і однакові характеристики передачі вихідних даних. Хоча BJT є пристроєм, що контролюється струмом, але для IGBT управління залежить від MOSFET, отже, це пристрій з регулюванням напруги, еквівалентний стандартним MOSFET.
Еквівалентна схема і символ IGBT
На зображенні вище показано еквівалентну схему IGBT. Це така ж структура ланцюга, що використовується в транзисторі Дарлінгтона, де два транзистори з'єднані точно однаково. Як ми бачимо наведене вище зображення, IGBT поєднує два пристрої, N-канальний MOSFET і транзистор PNP. N-канальний MOSFET керує транзистором PNP. Стандартний вивід BJT включає колектор, випромінювач, основу, а стандартний вивід MOSFET включає затвор, злив та джерело. Але у випадку IGBT-транзисторних виводів, це затвор, який надходить від N-канального MOSFET, а колектор та випромінювач надходять від транзистора PNP.
У транзисторі PNP, колекторі та випромінювачі провідний шлях, і коли IGBT увімкнено, він проводиться і пропускає через нього струм. Цей шлях контролюється N-каналом MOSFET.
У випадку BJT, ми обчислюємо коефіцієнт підсилення, який позначається як бета (
На зображенні вище показано символ IGBT. Як ми можемо бачити, символ включає частину колекторного випромінювача транзистора та затворну частину MOSFET. Три термінали показані як затвор, колектор та випромінювач.
У режимі провідного або ввімкненого режиму потоку струм від колектора до емітера. Те саме відбувається з транзистором BJT. Але у випадку з IGBT замість бази є Gate. Різниця між напругою від затвора до емітера називається Vge, а різниця напруг між колектором та емітером - Vce.
Струм емітера (Ie), майже такий же, як струм колектора (Ic), Ie = Ic. Оскільки потік струму відносно однаковий як у колекторі, так і в емітері, Vce дуже низький.
Дізнайтеся більше про BJT та MOSFET тут.
Застосування IGBT:
IGBT в основному використовується в програмах, що стосуються енергетики. BJT стандартної потужності мають властивості дуже повільної реакції, тоді як MOSFET підходить для швидкого переключення, але MOSFET є дорогим вибором, де потрібен вищий струм. IGBT підходить для заміни силових BJT та силових MOSFET.
Крім того, IGBT пропонує нижчий опір `` ON '' порівняно з BJT, і завдяки цій властивості IGBT є теплоефективним у застосуванні, що стосується великої потужності.
Програми IGBT мають величезне значення в галузі електроніки. Через низький опір, дуже високу номінальну силу струму, високу швидкість перемикання, привід нульових затворів , IGBT використовуються в керуванні двигуном великої потужності, інверторах, імпульсному живленні з високочастотними перетворювальними зонами.
На наведеному вище зображенні показано основну програму комутації за допомогою IGBT. RL, є резистивної навантаженням, підключеної через емітер IGBT на землю. Різниця напруги на навантаженні позначається як VRL. Навантаження також може бути індуктивною. А з правого боку показано інший контур. Навантаження підключено через колектор, де в якості захисту від струму резистор підключений через випромінювач. В обох випадках струм буде надходити від колектора до емітера.
У випадку BJT нам потрібно подавати постійний струм через базу BJT. Але у випадку IGBT, як і MOSFET, нам потрібно забезпечити постійну напругу на затворі, і насиченість підтримується в постійному стані.
У лівому корпусі різниця напруг, VIN, яка є різницею потенціалів входу (затвора) із землею / VSS, управляє вихідним струмом, що протікає від колектора до емітера. Різниця напруги між VCC і GND майже однакова на навантаженні.
На правій стороні ланцюга струм, що протікає через навантаження, залежить від напруги, поділеної на значення RS.
I RL2 = V IN / R S
Біполярний транзистор з ізольованим затвором (IGBT) може бути включений « ON » і « OFF » шляхом активації ворота. Якщо ми зробимо затвор більш позитивним, подаючи напругу на затворі, випромінювач IGBT підтримує IGBT у стані “ ON ”, і якщо ми зробимо затвор негативним або нульовим натисканням IGBT залишиться в “ OFF ” стані. Це те саме, що як комутація BJT та MOSFET.
Характеристики кривої та передачі IGBT IV
На зображенні вище характеристики IV показані в залежності від різної напруги затвора або Vge. Ось Х позначає колектор - емітер напруги або Vce, а вісь Y позначає струм колектора. У вимкненому стані струм, що протікає через колектор та напругу на затворі, дорівнює нулю. Коли ми змінюємо Vge або напругу на затворі, пристрій потрапляє в активну область. Стабільна і безперервна напруга на затворі забезпечує постійний і стабільний потік струму через колектор. Збільшення Vge пропорційно збільшує струм колектора, Vge3> Vge2> Vge3. BV - напруга пробою IGBT.
Ця крива майже ідентична кривій передачі BJT IV, але тут показано Vge, оскільки IGBT - це пристрій, керований напругою.
На зображенні вище показано характеристику передачі IGBT. Це майже ідентично PMOSFET. IGBT переходить у стан “ ON ” після того, як Vge перевищує порогове значення, залежно від специфікації IGBT.
Ось порівняльна таблиця, яка дасть нам чітке уявлення про різницю між IGBT з POWER BJT та Power MOSFET.
|
Характеристики пристрою |
IGBT |
Потужність MOSFET |
POWER BJT |
|
Номінальна напруга |
|||
|
Поточний рейтинг |
|||
|
Пристрій введення |
|||
|
Вхідний опір |
|||
|
Вихідний опір |
|||
|
Швидкість перемикання |
|||
|
Вартість |
У наступному відео ми побачимо схему комутації IGBT-транзистора.