Igbt

IGBT este o formă scurtă de tranzistor bipolar cu poartă izolată, combinație de tranzistor de joncțiune bipolar (BJT) și tranzistor cu efect de câmp de oxid de metal (MOS-FET). Este un dispozitiv semiconductor folosit pentru comutarea aplicațiilor conexe.

Deoarece IGBT este o combinație de MOSFET și tranzistor, are avantajele ambelor tranzistoare și MOSFET. MOSFET are avantaje de viteză mare de comutare cu impedanță mare și pe de altă parte BJT are avantaj de câștig ridicat și tensiune de saturație scăzută, ambele sunt prezente în tranzistorul IGBT. IGBT este un semiconductor controlat de tensiune care permite curenți mari de emițător de colector cu unitatea de curent de poartă aproape zero.

După cum sa discutat, IGBT are atât avantajele MOSFET, cât și ale BJT-urilor, IGBT are o poartă izolată la fel ca MOSFET-urile tipice și aceleași caracteristici de transfer de ieșire. Deși, BJT este un dispozitiv controlat curent, dar pentru IGBT, controlul depinde de MOSFET, deci este un dispozitiv controlat de tensiune, echivalent cu MOSFET-urile standard.

Circuit și simbol echivalent IGBT

În imaginea de mai sus este prezentat circuitul echivalent al IGBT. Este aceeași structură de circuit utilizată în tranzistorul Darlington, unde doi tranzistori sunt conectați exact în același mod. După cum putem vedea imaginea de mai sus, IGBT combină două dispozitive, MOSFET cu canal N și tranzistor PNP. MOSFET cu canal N conduce tranzistorul PNP. O ieșire standard BJT include colector, emițător, bază și o ieșire standard MOSFET include poartă, golire și sursă. Dar în cazul pinilor cu tranzistor IGBT, acesta este Poarta, care provine de la MOSFET cu canal N, iar colectorul și emițătorul provin de la tranzistorul PNP.

În tranzistorul PNP, colectorul și emițătorul sunt cale de conducție și când IGBT este pornit, acesta este condus și transportă curentul prin el. Această cale este controlată de canalul MOSFET N.

În cazul BJT, calculăm câștigul care este notat ca Beta (

În imaginea de mai sus, este afișat simbolul IGBT. După cum putem vedea, simbolul include porțiunea emițător colector a tranzistorului și porțiunea poartă a MOSFET. Cele trei terminale sunt afișate ca Poartă, colector și Emițător.

Atunci când în efectuarea sau „pornit ON modul“ fluxul de curent de la colector la emițător. Același lucru se întâmplă și pentru tranzistorul BJT. Dar în cazul IGBT există Gate în loc de bază. Diferența dintre tensiunea Poartă la emițător este numită Vge, iar diferența de tensiune între colector la emițător este numită Vce.

Curentul emițătorului (Ie) este aproape același cu curentul colectorului (Ic), Ie = Ic. Deoarece fluxul de curent este relativ același atât în ​​colector, cât și în emițător, Vce este foarte scăzut.

Aflați mai multe despre BJT și MOSFET aici.

Aplicații IGBT:

IGBT este utilizat în principal în aplicații legate de energie. BJT-urile cu putere standard au proprietăți de răspuns foarte lente, în timp ce MOSFET este potrivit pentru aplicații de comutare rapidă, dar MOSFET este o alegere costisitoare în care este necesară o cotă de curent mai mare. IGBT este potrivit pentru înlocuirea BJT-urilor de putere și a MOSFET-urilor de putere.

De asemenea, IGBT oferă o rezistență mai mică la „ON” comparativ cu BJT-urile și datorită acestei proprietăți, IGBT este eficient din punct de vedere termic în aplicațiile cu putere mare.

Aplicațiile IGBT sunt vaste în domeniul electronicii. Datorită rezistenței reduse, curentului foarte mare, vitezei de comutare ridicate, acționării la poartă zero, IGBT-urile sunt utilizate în controlul motorului de mare putere, invertoare, sursă de alimentare cu regim de comutare cu zone de conversie de înaltă frecvență.

În imaginea de mai sus, aplicația de comutare de bază este afișată folosind IGBT. RL, este o sarcină rezistivă conectat între emițător IGBT la sol. Diferența de tensiune între sarcină este denumită VRL. Sarcina poate fi, de asemenea, inductivă. Și pe partea dreaptă este prezentat un circuit diferit. Sarcina este conectată la colector, unde rezistența de protecție la curent este conectată la emițător. Curentul va curge de la colector la emițător în ambele cazuri.

În cazul BJT-urilor, trebuie să furnizăm curent constant pe baza BJT. Dar în cazul IGBT, la fel ca MOSFET, trebuie să furnizăm tensiune constantă pe poartă, iar saturația este menținută în stare constantă.

În carcasa din stânga, diferența de tensiune, VIN, care este diferența de potențial a intrării (porții) cu masă / VSS, controlează curentul de ieșire care curge de la colector la emițător. Diferența de tensiune între VCC și GND este aproape aceeași pe sarcină.

În circuitul din dreapta, curentul care trece prin sarcină depinde de tensiunea împărțită la valoarea RS.

I _RL2 = V _IN / R _S

Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) poate fi comutat ' ON ' și ' OFF ' prin activarea poarta. Dacă facem poarta mai pozitivă aplicând tensiune peste poartă, emițătorul IGBT păstrează IGBT în starea „ PORNITĂ ” și dacă facem poarta negativă sau zero, IGBT va rămâne în starea „ OPRIT ”. Este la fel ca și comutarea BJT și MOSFET.

Caracteristicile curbei și transferului IGBT IV

În imaginea de mai sus, caracteristicile IV sunt afișate în funcție de tensiunea diferită a porții sau Vge. Axa X colector emițător de tensiune denotă sau Vce iar axa Y reprezintă curentul de colector. În timpul stării de oprire, curentul care trece prin colector și tensiunea porții este zero. Când schimbăm Vge sau tensiunea porții dispozitivul intră în regiunea activă. Tensiunea stabilă și continuă pe poartă asigură un flux de curent continuu și stabil prin colector. Creșterea Vge crește proporțional curentul colectorului, Vge3> Vge2> Vge3. BV este tensiunea de avarie a IGBT.

Această curbă este aproape identică cu curba de transfer IV a BJT, dar aici se arată Vge deoarece IGBT este un dispozitiv controlat de tensiune.

În imaginea de mai sus, este prezentată caracteristica de transfer a IGBT. Este aproape identic cu PMOSFET. IGBT va trece la starea „ ON ” după ce Vge este mai mare decât o valoare prag în funcție de specificația IGBT.

Iată un tabel de comparație care ne va oferi o imagine corectă despre diferența dintre IGBT cu POWER BJT și Power MOSFET-uri.

Caracteristicile dispozitivului	IGBT	MOSFET de alimentare	PUTERE BJT
Voltaj
Evaluare curentă
Dispozitiv de intrare
Impedanta de intrare
Impedanță de ieșire
Viteza de comutare
Cost

În următorul videoclip, vom vedea circuitul de comutare al tranzistorului IGBT.