Az IGBT a szigetelt kapu bipoláris tranzisztor rövid formája, a bipoláris csomópontú tranzisztor (BJT) és a fémoxid mező hatású tranzisztor (MOS-FET) kombinációja. Ez egy félvezető eszköz, amelyet kapcsolódó alkalmazások váltására használnak.
Mivel az IGBT a MOSFET és a tranzisztor kombinációja, előnyei vannak mind a tranzisztoroknak, mind a MOSFET-nek. A MOSFET előnyei a nagy kapcsolási sebesség nagy impedanciával, a másik oldalon pedig a BJT előnye a nagy erősítés és az alacsony telítettségi feszültség, mindkettő jelen van az IGBT tranzisztorokban. Az IGBT egy feszültségvezérelt félvezető, amely lehetővé teszi a nagy kollektoros emitteráramokat szinte nulla kapuáramú meghajtással.
Amint arról már volt szó, az IGBT rendelkezik mind a MOSFET, mind a BJT előnyeivel, az IGBT ugyanolyan szigetelt kaput tartalmaz, mint a tipikus MOSFET és ugyanazok a kimenetátviteli jellemzők. Bár a BJT áramvezérelt eszköz, de az IGBT esetében a vezérlés a MOSFET-től függ, tehát feszültségvezérelt eszköz, egyenértékű a szokásos MOSFET-ekkel.
IGBT egyenértékű áramkör és szimbólum
A fenti képen az IGBT egyenértékű áramköre látható. Ugyanez az áramköri struktúra, amelyet a Darlington tranzisztorban használnak, ahol két tranzisztor pontosan ugyanúgy van csatlakoztatva. Amint a fenti képet láthatjuk, az IGBT két eszközt kombinál, az N csatornás MOSFET és a PNP tranzisztort. N csatornás MOSFET vezérli a PNP tranzisztort. A szokásos BJT tűkimenet tartalmazza a Collector, Emitter, Base és a szabványos MOSFET pin out a Gate, Drain és Source forrásokat. De az IGBT tranzisztoros csapok esetében ez a kapu, amely az N-csatornás MOSFET-ből származik, a Collector és Emitter pedig a PNP-tranzisztorból származik.
A PNP tranzisztorban a kollektor és az Emitter vezetési út, és amikor az IGBT be van kapcsolva, akkor az vezet és végigvezeti rajta az áramot. Ezt az utat az N csatornás MOSFET vezérli.
A BJT esetében kiszámítjuk a nyereséget, amelyet Beta-ként jelölünk (
A fenti képen az IGBT szimbóluma látható. Mint láthatjuk, a szimbólum tartalmazza a tranzisztor kollektor-emitter részét és a MOSFET kapu részét. A három terminál kapuként, gyűjtőként és kibocsátóként jelenik meg.
Vezető vagy bekapcsolt „ ON ” üzemmódban az áram a kollektorról az emitterre áramlik. Ugyanez történik a BJT tranzisztorral is. De az IGBT esetében a Gate helyett a Gate van. A kapu és az emitter közötti feszültség különbségét Vge-nek, a kollektor és az emitter közötti feszültségkülönbséget Vce-nek nevezzük.
Az emitteráram (Ie) majdnem megegyezik a kollektorárammal (Ic), Ie = Ic. Mivel az áramlás viszonylag azonos mind a kollektorban, mind az emitterben, a Vce nagyon alacsony.
Tudjon meg többet a BJT-ről és a MOSFET-ről itt.
Az IGBT alkalmazásai:
Az IGBT-t főként az energiával kapcsolatos alkalmazásokban használják. A normál teljesítményű BJT-k nagyon lassú választulajdonságokkal rendelkeznek, míg a MOSFET alkalmas a gyors kapcsolási alkalmazásokra, de a MOSFET költséges választás, ahol nagyobb áramértékre van szükség. Az IGBT alkalmas az erőteljes BJT-k és a Power MOSFET-ek cseréjére.
Az IGBT alacsonyabb „ON” ellenállást kínál a BJT-khez képest, és ennek a tulajdonságnak köszönhetően az IGBT hőhatékony a nagy teljesítményű alkalmazásokban.
Az IGBT alkalmazások hatalmasak az elektronika területén. Az alacsony ellenállóképesség, a nagyon magas áramerősség, a nagy kapcsolási sebesség, a nulla kapuhajtás miatt az IGBT-ket nagy teljesítményű motorvezérlésben, inverterekben, kapcsolt üzemmódú tápegységekben, nagyfrekvenciás átalakító területeken használják.
A fenti képen az alapvető kapcsolási alkalmazás látható az IGBT használatával. Az RL egy rezisztív terhelés, amely az IGBT emitterén keresztül a földhöz kapcsolódik. A terhelés közötti feszültségkülönbséget VRL-nek jelöljük. A terhelés induktív is lehet. A jobb oldalon pedig egy másik áramkör látható. A terhelés a kollektoron keresztül csatlakozik, ahol áramvédelemként az ellenállás az emitteren keresztül van csatlakoztatva. Az áram mindkét esetben kollektorról emitterre áramlik.
A BJT esetében állandó áramot kell szolgáltatnunk a BJT alján. De az IGBT esetében, hasonlóan a MOSFET-hez, állandó feszültséget kell biztosítanunk a kapun, és a telítettség állandó állapotban van.
A bal oldali esetben a feszültségkülönbség, a VIN, amely a bemenet (kapu) és a föld / VSS potenciális különbsége, szabályozza a kollektorról az emitterre áramló kimeneti áramot. A feszültségkülönbség a VCC és a GND között szinte azonos a terhelésen.
A jobb oldali áramkörön a terhelésen átáramló áram a feszültség és az RS érték osztva van.
I RL2 = V IN / R S
A szigetelt kapu bipoláris tranzisztor (IGBT) a kapu aktiválásával bekapcsolható „ ON ” és „ OFF ” állapotba. Ha pozitívabbá tesszük a kaput azáltal, hogy feszültséget alkalmazunk a kapun, az IGBT sugárzója az IGBT-t „ BE ” állapotban tartja, és ha a kaput negatív vagy nulla nyomásra állítjuk, akkor az IGBT „ KI ” állapotban marad. Ugyanaz, mint a BJT és a MOSFET kapcsolás.
IGBT IV görbe és transzfer jellemzők
A fenti képen a IV jellemzői a kapu különböző feszültségétől vagy Vge-jétől függenek. Az X tengely a kollektor emitter feszültségét vagy Vce, az Y tengely pedig a kollektor áramát jelöli. Kikapcsolt állapotban a kollektoron átáramló áram és a kapu feszültsége nulla. Amikor megváltoztatjuk a Vge-t vagy a kapu feszültségét, az eszköz bemegy az aktív régióba. Stabil és folyamatos feszültség a kapun keresztül folyamatos és stabil áramot biztosít a kollektoron keresztül. A Vge növekedése arányosan növeli a kollektoráramot, Vge3> Vge2> Vge3. A BV az IGBT bontási feszültsége.
Ez a görbe majdnem megegyezik a BJT IV átviteli görbéjével, de itt a Vge látható, mert az IGBT egy feszültség által vezérelt eszköz.
A fenti képen az IGBT átviteli karakterisztikája látható. Szinte azonos a PMOSFET-tel. Az IGBT „ ON ” állapotba kerül, miután a Vge meghaladja az IGBT specifikációtól függő küszöbértéket.
Itt található egy összehasonlító táblázat, amely korrekt képet ad az IGBT és a POWER BJT és a Power MOSFET közötti különbségről.
|
Eszköz jellemzői |
IGBT |
Teljesítmény MOSFET |
POWER BJT |
|
Feszültségérték |
|||
|
Jelenlegi értékelés |
|||
|
Beviteli eszköz |
|||
|
Bemeneti impedancia |
|||
|
Kimeneti impedancia |
|||
|
Kapcsolási sebesség |
|||
|
Költség |
A következő videóban az IGBT tranzisztor kapcsoló áramkörét látjuk.