Kaj je IGBT: Delo, Preklopne značilnosti, SOA, Vhodni upor, Formule

IGBT pomeni Bipolarni tranzistor z izoliranimi vrati , močnostni polprevodnik, ki vključuje značilnosti MOSFET-jev visoka hitrost, napetostno odvisno preklapljanje vrat in lastnosti minimalne odpornosti ON (nizka nasičena napetost) a BJT .

Slika 1 prikazuje enakovredno vezje IGBT, kjer bipolarni tranzistor deluje z arhitektom vrat MOS, medtem ko je podobno vezje IGBT dejansko mešanica MOS tranzistorja in bipolarnega tranzistorja.

IGBT-ji, ki obljubljajo hitro preklopno hitrost in minimalne značilnosti napetosti nasičenja, se uporabljajo v širokem razponu, od komercialnih aplikacij, kot so naprave za izkoriščanje sončne energije in neprekinjeno napajanje (UPS), do potrošniških elektronskih polj, kot je nadzor temperature za kuhalne plošče z indukcijskim grelnikom , klimatska oprema PFC, pretvorniki in stroboskopi za digitalne fotoaparate.

Slika 2 spodaj prikazuje oceno med IGBT, bipolarnim tranzistorjem in notranjimi postavitvami in atributi MOSFET. Temeljni okvir IGBT je enak ogrodju MOSFET-a, ki ima v odtočni (kolektorski) odsek vstavljen sloj p + in dodaten pn-spoj.

Zaradi tega se vsakič, ko se manjšinski nosilci (luknje) ponavadi vstavijo skozi plast p + na n-plast z modulacijo prevodnosti, upor n-plasti močno zmanjša.

Posledično IGBT zagotavlja znižano napetost nasičenja (manjši ON-upor) v primerjavi z MOSFET-om, kadar se spopada z velikim tokom, kar omogoča minimalne prevodne izgube.

Glede na to, da je zaradi izhodne poti lukenj kopičenje manjšinskih nosilcev v obdobjih izklopa prepovedano zaradi posebne zasnove IGBT.

Ta položaj povzroča pojav, znan kot repni tok , pri čemer je izklop upočasnjen. Ko se razvije zadnji tok, se preklopno obdobje zakasni in prepozno, bolj kot obdobje MOSFET-a, kar povzroči povečanje izgub v času preklopa med obdobji izklopa IGBT.

Absolutne najvišje ocene

Absolutne najvišje specifikacije so vrednosti, ki zagotavljajo varno in zanesljivo uporabo IGBT.

Prehod teh določenih absolutnih najvišjih vrednosti tudi za trenutek lahko povzroči uničenje ali okvaro naprave, zato poskrbite, da boste delali z IGBT-ji znotraj najvišjih sprejemljivih ocen, kot je predlagano spodaj.

Vpogledi v aplikacije

Tudi če se priporočeni parametri uporabe, kot so delovna temperatura / tok / napetost itd., Vzdržujejo znotraj absolutnih največjih vrednosti, če je IGBT pogosto izpostavljen prekomerni obremenitvi (ekstremne temperature, velika napetost / napetost, nihanje ekstremnih temperatur itd.), trajnost naprave lahko močno vpliva.

Električne značilnosti

Naslednji podatki nas obveščajo o različnih terminologijah in parametrih, povezanih z IGBT, ki se običajno uporabljajo za podrobno razlago in razumevanje delovanja IGBT.

Tok kolektorja, odvajanje kolektorja : Slika 3 prikazuje valovno obliko temperature odvajanja kolektorja IGBT RBN40H125S1FPQ. Pri različnih temperaturah ohišja je prikazano največje dopustno odvajanje kolektorja.

Spodnja prikazana formula se uporablja v primerih, ko je temperatura okolja TC = 25 stopinj Celzija ali več.

Pc = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c)

Za pogoje, v katerih je temperatura okolja TC = 25 ℃ ali nižja, se odvajanje kolektorja IGBT uporablja v skladu z njihovo absolutno največjo močjo.

Formula za izračun kolektorskega toka IGBT je:

Ic = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c) × VCE (sat)

Vendar je zgoraj navedena splošna formula, ki je zgolj temperaturno odvisen izračun naprave.

Kolektorski tok IGBT se določi glede na napetost nasičenja kolektorja / oddajnika VCE (sat), pa tudi glede na njihove trenutne in temperaturne razmere.

Poleg tega je kolektorski tok (vrh) IGBT definiran s količino toka, ki ga lahko prenaša, kar je odvisno od načina namestitve in njegove zanesljivosti.

Iz tega razloga uporabnikom svetujemo, naj nikoli ne presežejo največje dovoljene meje IGBT-jev, medtem ko jih uporabljajo v določeni aplikaciji vezja.

Po drugi strani pa tudi, če je kolektorski tok lahko nižji od najvišje nazivne moči naprave, ga lahko omeji temperatura spoja enote ali območje varnega delovanja.

Zato upoštevajte te scenarije med izvajanjem IGBT. Oba parametra, tok kolektorja in odvajanje kolektorja sta običajno označena kot največja ocena naprave.

Varno operativno območje

The

SOA IGBT je sestavljen iz SOA s pristranskostjo naprej in SOA z obratno pristranskostjo, vendar ker se lahko določen obseg vrednosti razlikuje glede na specifikacije naprave, uporabnikom svetujemo, da preverijo dejstva, enakovredna podatkovnemu listu.

Varno operativno območje za naprej

Slika 5 prikazuje območje varnega delovanja prednaklona (FBSOA) IGBT RBN50H65T1FPQ.

SOA je razdeljen na 4 regije, odvisno od določenih omejitev, kot je opisano spodaj:

• Območje, omejeno z najvišjo nazivno vrednostjo impulznega toka kolektorja (vrh).
• Območje omejeno z območjem odvajanja kolektorja
• Območje, omejeno s sekundarno razčlenitvijo. Ne pozabite, da taka okvara povzroči, da se varno delovno območje IGBT oži, razen kadar ima naprava sekundarni rob okvare.
• Območje, ki ga največji kolektor omejuje na napetost oddajnika VCES.

Varno operacijsko območje za obratno pristranskost

Slika 6 prikazuje območje varnega delovanja z obratno pristranskostjo (RBSOA) IGBT RBN50H65T1FPQ.

Ta posebna značilnost deluje v skladu z SOA povratne pristranskosti bipolarnega tranzistorja.

Kadar je povratna pristranskost, ki ne vključuje pristranskosti, dovedena skozi vrata in oddajnik IGBT med njegovim izklopom za induktivno obremenitev, ugotovimo, da se visokonapetostna napetost oddaja kolektorju-oddajniku IGBT.

Hkrati se velik tok stalno premika kot posledica preostale luknje.

Ob tem pa pri tem delovanju ni mogoče uporabiti SOA prednapetosti naprej, medtem ko je mogoče uporabiti SOA obratne pristranskosti.

SOA z obratno pristranskostjo je razdeljena na 2 območji z omejitvami, kot je razloženo v naslednjih točkah, sčasoma pa je območje določeno s potrjevanjem dejanskih postopkov delovanja IGBT.

1. Območje, omejeno z največjim maksimalnim tokom kolektorja Ic (vrh).
2. Območje, omejeno z največjo napetostjo napetosti kolektorja in oddajnika VCES. Upoštevajte, da se lahko IGBT poškoduje, če se določena usmeritev delovanja VCEIC oddalji od specifikacij SOA naprave.

Torej, med načrtovanjem vezja, ki temelji na IGBT , zagotoviti je treba, da so disipacija in druga vprašanja glede zmogljivosti v skladu s priporočenimi mejami, prav tako pa je treba poskrbeti za specifične značilnosti in konstante okvare tokokroga, pomembne za toleranco okvare.

Na primer, SOA z obratno pristranskostjo ima temperaturno značilnost, ki se zniža pri ekstremnih temperaturah, delovno mesto VCE / IC pa se premakne v skladu z odpornostjo Rg vrat IGBT in napetostjo VGE VGE.

Zato je ključnega pomena določiti parametre Rg in VGE glede na delujoči ekosistem in najnižjo vrednost odpornosti vrat med obdobji izklopa.

Poleg tega bi lahko nadzorno vezje pomagalo pri nadzoru dv / dt VCE.

Statične značilnosti

Slika 7 prikazuje izhodne značilnosti IGBT RBN40H125S1FPQ. Slika predstavlja napetost kolektorja-oddajnika, medtem ko tok kolektorja prehaja znotraj naključne napetosti vrat.

Napetost kolektorja-oddajnika, ki vpliva na trenutno učinkovitost in izgubo v stanju vklopa stikala, se spreminja glede na napetost vrat in telesno temperaturo.

Vse te parametre je treba upoštevati pri načrtovanju vezja gonilnikov IGBT.

Tok narašča vsakič, ko VCE doseže vrednosti od 0,7 do 0,8 V, čeprav je to posledica prednapetosti PN spoja kolektor-oddajnik PN.

Slika 8 prikazuje nasičenost kolektorja-oddajnika glede na karakteristike napetosti vrat IGBt RBN40H125S1FPQ.

V bistvu začne VCE (sat) upadati, ko napetost VGE oddajnika vhoda naraste, čeprav je sprememba nominalna, medtem ko je VGE = 15 V ali več. Zato je priporočljivo delati z napetostjo VGE / oddajnika VGE, ki je približno 15 V, kadar koli je to mogoče.

Slika 9 prikazuje značilnosti toka kolektorja in napetosti vrat IGBT RBN40H125S1FPQ.

Značilnosti IC / VGE temeljijo na temperaturnih spremembah, vendar je območje nizke napetosti vrat proti presečišču ponavadi negativni temperaturni koeficient, medtem ko območje visoke napetosti vrat pomeni pozitivne temperaturne koeficiente.

Glede na to, da bodo IGBT moči med delovanjem proizvajali toploto, je dejansko bolj koristno biti pozoren na območje pozitivnega temperaturnega koeficienta, zlasti kadar naprave delujejo vzporedno .

The priporočeno stanje napetosti vrat z uporabo VGE = 15V kaže pozitivne temperaturne značilnosti.

Na sliki 10 in 11 je prikazano, kako deluje nasičenost kolektorja-oddajnika skupaj z mejno napetostjo vrat
IGBT so odvisni od temperature.

Ker ima nasičena napetost kolektorja in oddajnika pozitivne karakteristike temperaturnega koeficienta, tok ne mine enostavno, medtem ko operacija IGBT odvaja visoko temperaturo, ki postane odgovorna za blokiranje efektivnega toka med vzporednim delovanjem IGBT.

Nasprotno, delovanje pragovne napetosti oddajnika vrat temelji na negativnih temperaturnih značilnostih.

Med velikim odvajanjem toplote prag napetosti pade navzdol, povzroča večjo možnost okvare naprave ki nastanejo zaradi ustvarjanja hrupa.

Zato je lahko pozorno testiranje, osredotočeno na zgoraj navedene lastnosti, ključnega pomena.

Karakteristike kapacitivnosti vrat

Značilnosti polnjenja: Slika 12 prikazuje značilnosti polnjenja vrat stabdardne naprave IGBT.

Karakteristike vrat IGBT so v bistvu v skladu z enakimi načeli, ki veljajo za močnostne MOSFET-je, in zagotavljajo kot spremenljivke, ki določajo pogonski tok naprave in odvajanje pogona.

Slika 13 razkriva značilno krivuljo, razdeljeno na obdobja 1 do 3.
V nadaljevanju so razloženi delovni postopki, povezani z vsakim obdobjem.

Obdobje 1: Napetost vhoda se dvigne do praga napetosti, kjer tok začne teči.

Odsek, ki narašča od VGE = 0V, je del, ki je odgovoren za polnjenje kapacitivnosti oddajnika vrat Cge.

Obdobje 2: Medtem ko se prehod iz aktivnega območja v območje nasičenja izkaže, se napetost kolektorja-oddajnika začne spreminjati in kapacitivnost Cgc kolektorja vrat se napolni.

To posebno obdobje prihaja z opaznim povečanjem kapacitivnosti zaradi zrcalnega učinka, zaradi katerega VGE postane konstanten.

Po drugi strani pa je IGBT v celoti v stanju ON, sprememba napetosti na kolektorju-oddajniku (VCE) in zrcalni učinek izgineta.

Obdobje 3: V tem določenem obdobju IGBT pride v popolnoma nasičeno stanje in VCE ne kaže sprememb. Zdaj se napetost oddajnika VGE s časom začne povečevati.

Kako določiti trenutni pogonski tok

Pogonski tok IGBT vrat je odvisen od notranjega zaporednega upora Rg vrat, odpornosti Rs vira signala gonilniškega vezja, elementa rg, ki je notranji upor naprave, in pogonske napetosti VGE (ON).

Tok pogona vrat se izračuna po naslednji formuli.

IG (vrh) = VGE (vklop) / Rg + Rs + rg

Ob upoštevanju zgoraj navedenega je treba ustvariti IGBT izhodno vezje gonilnika, ki zagotavlja trenutni potencial pogona, enakovreden ali večji od IG (vrh).

Značilno je, da je največji tok manjši od vrednosti, določene z uporabo formule, zaradi zakasnitve v gonilniškem krogu in tudi zakasnitve dviga dIG / dt toka vrat.

Te se lahko pojavijo zaradi vidikov, kot je induktivnost ožičenja od pogonskega vezja do priključne točke vrat naprave IGBT.

Poleg tega so preklopne lastnosti pri vsakem vklopu in izklopu lahko zelo odvisne od Rg.

To lahko sčasoma vpliva na čas preklopa in na primanjkljaj zamenjave. Ključnega pomena je, da izberemo primeren Rg glede na značilnosti naprave v uporabi.

Izračun izgube pogona

Izgube, ki se pojavijo v vezju gonilnika IGBT, lahko prikažemo s spodnjo formulo, če zgoraj obravnavani faktorji upora absorbirajo vse izgube, razvite iz gonilniškega vezja. ( f označuje frekvenco vklopa).

P (izguba pogona) = VGE (vklopljeno) × Qg × f

Preklopne značilnosti

Glede na to, da je IGBT stikalna komponenta, je njegovo stikalo VKLOP, izklop hitrost eden glavnih dejavnikov, ki vplivajo na njegovo obratovalno učinkovitost (izgubo).

Slika 16 prikazuje vezje, ki se lahko uporablja za merjenje preklopa induktivne obremenitve IGBT.

Ker je diodna objemka priklopljena vzporedno z induktivno obremenitvijo L, zamudo vklopa IGBT (ali izgubo vklopa) običajno prizadenejo značilnosti časa obnovitve diode.

Čas preklopa

Čas preklopa IGBT, kot je prikazan na sliki 17, lahko razvrstimo v 4 merilna obdobja.

Ker se čas za vsako posamezno obdobje drastično spreminja glede na Tj, IC, VCE, VGE in Rg, se to obdobje ocenjuje z naslednjimi začrtanimi pogoji.

• td (vklop) (čas zakasnitve vklopa) : Čas, od katerega napetost oddajnika vrat sega do 10% napetosti prednapetosti na nivo, dokler se kolektorski tok ne poveča na 10%.
• tr (čas vzpona) : Čas, od katerega se kolektorski tok poveča z 10% na 90%.
• td (izklop) (čas zakasnitve izklopa) : Čas, od katerega napetost oddajnika vrat doseže 90% napetosti prednapetosti na nivo, dokler kolektorski tok ne pade na 90%.
• tf (čas padca) : Čas, od katerega se kolektorski tok zmanjša z 90% na 10%.
• ttail (repni čas) : Obdobje izklopa IGBT je sestavljeno iz repnega časa (ttail). To lahko definiramo kot čas, ki ga porabijo odvečni nosilci, ki ostanejo na strani kolektorja IGBT, da se umaknejo s pomočjo rekombinacije, kljub temu da se IGBT izklopi in povzroči povečanje napetosti kolektorja in oddajnika.

Vgrajene značilnosti diode

V nasprotju z močnimi MOSFET-ji, IGBT ne vključuje parazitske diode .

Kot rezultat se za nadzor naboja induktivnosti v motorjih in enakih aplikacijah uporablja integrirani IGBT, ki je priložen vnaprej nameščenemu čipu Fast Recovery Diode (FRD).

Pri teh vrstah opreme delovna učinkovitost IGBT in vnaprej nameščene diode pomembno vpliva na delovno učinkovitost opreme in ustvarjanje motenj hrupa.

Poleg tega so lastnosti povratne rekuperacije in napetosti naprej ključni parametri, povezani z vgrajeno diodo.

Vgrajene značilnosti povratne obnovitve diode

Koncentrirani manjšinski nosilci se med preklopnim stanjem izpraznijo ravno takrat, ko prehaja tok skozi diodo, dokler ni doseženo stanje povratnega elementa.

Čas, potreben za popolno sprostitev teh manjšinskih prevoznikov, je znan kot obratni čas obnovitve (trr).

Delujoči obratovalni tok v tem času se imenuje povratni povratni tok (Irr), integralna vrednost obeh intervalov pa je znana kot povratni polnilni naboj (Qrr).

Qrr = 1/2 (Irr x trr)

Glede na to, da je trr časovno obdobje enakovredno kratkostično, pomeni veliko izgubo.

Poleg tega omejuje frekvenco med celotnim postopkom preklopa. Na splošno velja, da je hitra trr in zmanjšana Irr (Qrris small) optimalna.

Te lastnosti so močno odvisne od prednapetostnega toka IF, diF / dt in temperature spoja Tj IGBT.

Po drugi strani pa, če trr postane hitrejši, povzroči di / dt strmejše obdobje okrevanja, kot se to zgodi pri ustrezni napetosti kolektor-oddajnik dv / dt, kar povzroči povečano nagnjenost k ustvarjanju hrupa.

Sledijo primeri, ki zagotavljajo načine, kako preprečiti nastajanje hrupa.

1. Zmanjšajte diF / dt (skrajšajte čas vklopa IGBT).
2. Vključite snuber kondenzator čez kolektor in oddajnik naprave, da zmanjšate napetost kolektorja-emiterja dv / dt.
3. Vgrajeno diodo zamenjajte z mehko diodo za obnovitev.

Lastnost povratne rekuperacije se močno opira na tolerančno zmogljivost naprave / napetosti.

To funkcijo je mogoče izboljšati z uporabo življenjske dobe, zajetne kovinske difuzije in različnih drugih tehnik.

Karakteristike napetosti vgrajene diode

Slika 19 prikazuje izhodne značilnosti vgrajene diode standardnega IGBT.

Napetost diode VF pomeni upadajočo napetost, ki nastane, ko tok IF skozi diodo teče v smeri padca napetosti naprej.

Ker ta lastnost lahko povzroči izgubo moči med povratnim elektromagnetnim sevanjem (dioda s prostim pogonom) v motornih ali induktivnih aplikacijah, je priporočljiva izbira manjših VF.

Poleg tega, kot je prikazano na sliki 19, pozitivne in negativne značilnosti temperaturnih koeficientov določa prednapetostna jakost diode IF.

Značilnosti toplotne odpornosti

Slika 20 prikazuje odpornost IGBT proti toplotnim prehodom in integrirani diodi.

Ta značilnost se uporablja za določanje temperature spoja Tj IGBT. Širina impulza (PW), prikazana nad vodoravno osjo, pomeni preklopni čas, ki določa posamezen impulz z enim samim strelom in rezultate ponavljajočih se operacij.

Na primer, PW = 1ms in D = 0,2 (delovni cikel = 20%) pomeni, da je frekvenca ponavljanja 200Hz, saj je obdobje ponovitve T = 5ms.

Če si predstavljamo PW = 1ms in D = 0,2, in disipacijsko moč Pd = 60W, je mogoče na naslednji način določiti zvišanje temperature stika IGBT ΔTj:
ΔTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0,17 = 10,2

Naložite značilnosti kratkega stika

Aplikacije, ki zahtevajo premostitvena preklopna vezja IGBT, kot so pretvorniki, zaščitni tokokrog (prekomerni tok) postanejo nujni za vzdržljivost in zaščito pred poškodbami, dokler se napetost vrat IGBT ne izklopi, tudi v primeru izhodnega kratkega stika enote .

Na slikah 21 in 22 sta prikazani čas ležaja kratkega stika in zmogljivost upravljanja toka kratkega stika IGBT RBN40H125S1FPQ.

Ta zmogljivost IGBT, ki vzdrži kratek stik, je običajno izražena glede na čas tSC.

Ta sposobnost prenašanja se določi predvsem na podlagi napetosti IGBT-oddajnika, telesne temperature in napajalne napetosti.

To bi bilo treba preučiti med načrtovanjem kritične zasnove vezja IGBT H-mostu.

Poleg tega se prepričajte, da ste se odločili za optimalno ocenjeno napravo IGBT glede na naslednje parametre.

1. Napetost oddajnika VGE : S povečanjem napetosti na vratih naraste tudi tok kratkega stika in trenutna zmogljivost naprave se zmanjša.
2. Temperatura ohišja : S povečanjem temperature ohišja ΔTj IGBT trenutna vzdržljiva zmogljivost upada, dokler naprava ne doseže stanja okvare. Napajalna napetost
3. VCC: Ko se vhodna napajalna napetost naprave poveča, se poveča tudi tok kratkega stika, kar povzroči poslabšanje nosilnosti toka naprave.

Poleg tega je v trenutku, ko kratek stik ali zaščitno vezje pred preobremenitvijo zazna tok kratkega stika in izklopi napetost vrat, je tok kratkega stika dejansko neverjetno velik od standardne velikosti obratovalnega toka IGBT.

Med postopkom izklopa s tem znatnim tokom s standardno odpornostjo vrat Rg lahko povzroči nastanek velike prenapetostne napetosti, ki presega oceno IGBT.

Iz tega razloga morate ustrezno izbrati odpornost vrat IGBT, primerno za spopadanje s pogoji kratkega stika, ki ima najmanj 10-krat večjo vrednost odpornosti običajnih vrat (vendar mora ostati znotraj vrednosti SOA prednaklona).

To naj bi preprečilo nastanek prenapetostne napetosti na kolektorsko-oddajniških diodah IGBT v obdobjih, ko je tok kratkega stika prekinjen.

Poleg tega lahko čas prenosa kratkega stika tSC povzroči distribucijo napetosti med drugimi pripadajočimi napravami.

Paziti je treba, da zagotovimo ustrezen rob najmanj 2-kratnega standardnega časovnega okvira, ki je potreben za začetek obratovanja zaščitnega krogotoka.

Najvišja temperatura stičišča Tjmax za 175 ℃

Absolutna najvišja ocena za temperaturo stika večine polprevodniških naprav Tj je 150 ℃, Tjmax = 175 ℃ pa je nastavljena v skladu z zahtevo za naprave nove generacije, da lahko vzdržijo povišane temperaturne zahteve.
.
Tabela 3 prikazuje dober primer preskusnih pogojev za IGBT RBN40H125S1FPQ, ki je zasnovan tako, da vzdrži 175 ℃, medtem ko deluje pri visokih temperaturah.

Da bi zagotovili učinkovito delovanje pri Tjmax = 175 ℃, so bili izboljšani številni parametri za standardni preskus skladnosti pri 150 and in opravljena operativna verifikacija.

Ob upoštevanju tega se preskusni poligoni gibljejo glede na specifikacije naprave.

Za dodatne informacije preverite podatke o zanesljivosti, povezane z napravo, ki jo morda uporabljate.

Prav tako ne pozabite, da vrednost Tjmax ni le omejitev za stalno delovanje, temveč tudi specifikacija za predpis, ki ga niti za trenutek ne bi smeli preseči.

Strogo je treba skrbno preučiti varnost pred odvajanjem visoke temperature, tudi za kratek trenutek pri IGBT, med vklopom / izklopom.

Poskrbite, da boste z IGBT delali v okolju, ki nikakor ne presega najvišje temperature okvare Tj = 175 ℃.

Izgube IGBT

Izguba prevodnosti: Medtem ko induktivno obremenitev napajamo preko IGBT, nastale izgube v osnovi razvrstimo na prevodne izgube in preklopne izgube.

Izguba, ki se zgodi takoj, ko je IGBT popolnoma vklopljen, se imenuje izguba prevodnosti, medtem ko se izguba, ki se zgodi v času preklopa IGBT iz VKLJUČENO v IZKLOPLJENO ali IZKLOP v VKLOP, imenujemo izguba vklopa.

Dejstvo je, da je izguba odvisna od napetosti in toka, kot je prikazano v spodnji formuli, izguba nastane kot posledica vpliva nasičenosti kolektorja-oddajnika VCE (sat), tudi ko naprava deluje.

VCE (sat) mora biti minimalen, saj lahko izguba povzroči nastanek toplote v IGBT.
Izguba (P) = napetost (V) × tok (I)
Izguba ob vklopu: P (vklop) = VCE (sat) × IC

Preklopna izguba: Ker je izgubo IGBT težko oceniti z uporabo preklopnega časa, so referenčne tabele vključene v ustrezne obrazce, da pomagajo oblikovalcem vezij pri določanju preklopne izgube.

Slika 24 spodaj prikazuje značilnosti preklopnih izgub za IGBT RBN40H125S1FPQ.

Na dejavnike Eon in Eoff močno vplivajo kolektorski tok, upornost vrat in delovna temperatura.

Eon (vklop izgube energije)

Količina izgube se je razvila med vklopom IGBT za induktivno obremenitev, skupaj z izgubami pri povratni rekuperaciji diode.

Eon se izračuna od točke, ko se napetost vrat napaja na IGBT in kolektorski tok začne potovati, do trenutka, ko IGBT popolnoma preide v vklopljeno stanje

Eoff (Izklop izgube energije

Velikost izgube, ki nastane v obdobju izklopa za induktivne obremenitve, vključuje tudi zadnji tok.

Izklop se meri od točke, ko je tok vrat ravno odrezan in napetost kolektorja-oddajnika začne naraščati, do trenutka, ko IGBT doseže popolno izklopljeno stanje.

Povzetek

Bipolarna tranzistorska naprava z izoliranimi vrati (IGTB) je vrsta tripolne močnostne polprevodniške naprave, ki se v osnovi uporablja kot elektronsko stikalo in je znana tudi po tem, da v novejših napravah zagotavlja kombinacijo izjemno hitrega preklopa in visoke učinkovitosti.

IGBT za močne trenutne aplikacije

Številne sodobne naprave, kot so VFD (pogoni s spremenljivo frekvenco), VSF (hladilniki s spremenljivo hitrostjo), vlaki, stereo sistemi s preklopnimi ojačevalniki, električni avtomobili in klimatske naprave, uporabljajo bipolarni tranzistor z izoliranimi vrati za preklapljanje električne energije.

Simbol načina izčrpavanja IGBT

V primeru, da ojačevalniki uporabljajo bipolarni tranzistor z izoliranimi vrati, pogosto sintetizirajo valovne oblike, ki so po naravi zapletene, skupaj z nizkopasovnimi filtri in modulacijo širine impulza, saj so bipolarni tranzistorji z izoliranimi vrati v osnovi zasnovani za hiter in hiter vklop.

S hitrostjo ponavljanja impulzov se ponašajo sodobne naprave, ki so sestavljene iz preklopne aplikacije in spadajo v ultrazvočno območje, ki je desetkrat višja od najvišje zvočne frekvence, s katero naprava upravlja, ko naprave uporabljamo v obliki analogni avdio ojačevalnik.

MOSFET-ji, sestavljeni iz visokega toka in značilnosti enostavnega pogonskega pogona, so kombinirani z bipolarnimi tranzistorji, ki imajo IGTB zmogljivost z nizko nasičeno napetostjo.

IGBT so kombinacija BJT in Mosfet

IGBT izdela eno napravo z združitvijo bipolarnega močnostnega tranzistorja, ki deluje kot stikalo, in izoliranih vrat FET, ki deluje kot krmilni vhod.

Bipolarni tranzistor z izoliranimi vrati (IGTB) se v glavnem uporablja v aplikacijah, ki so sestavljene iz več naprav, ki so nameščene vzporedno in imajo večino zmogljivosti za obdelavo zelo visokega toka, ki je v območju stotine amperov, skupaj z blokirna napetost 6000 V, ki je enaka stotim kilovatom, uporablja srednjo do visoko moč, kot so indukcijsko ogrevanje, napajalniki vklopljenega načina in nadzor vlečnega motorja. Bipolarni tranzistorji z izoliranimi vrati, ki so velike velikosti.

IGBT so najnaprednejši tranzistorji

Bipolarni tranzistor z izoliranimi vrati (IGTB) je nov in najnovejši izum tistega časa.

Ugotovljeno je bilo, da imajo naprave prve generacije, ki so bile izumljene in predstavljene v osemdesetih in zgodnjih devetdesetih letih, sorazmerno počasen postopek preklopa in so nagnjeni k okvaram v različnih načinih, kot je zapah (kjer bo naprava še naprej vklopljena in ne vklopljena izklop, dokler tok ne teče skozi napravo), in sekundarna okvara (pri kateri, ko skozi napravo teče visok tok, lokalizirana vroča točka v napravi preide v toplotni odtok in posledično napravo opeče).

Pri napravah druge generacije je bilo opaziti veliko izboljšav in večina novih naprav v bloku, naprave tretje generacije veljajo celo za boljše od naprav za vleko prve vleke.

Novi Mosfetovi tekmujejo z IGBT-ji

Naprave tretje generacije sestavljajo MOSFET-ji s hitrostjo in izjemno toleranco in robustnostjo.

Naprave druge in tretje generacije sestavljajo izjemno visoke impulzne vrednosti, zaradi česar so zelo koristne za generiranje velikih impulzov moči na različnih področjih, kot so fizika plazme in delci.

Tako so naprave druge in tretje generacije nadomestile večinoma vse starejše naprave, kot so sprožene iskrice in tiratroni, ki se uporabljajo na teh področjih fizike plazme in delcev.

Te naprave so privlačne tudi za visokonapetostnega ljubitelja zaradi svojih lastnosti visokih impulzov in razpoložljivosti na trgu po nizkih cenah.

To hobiju omogoča nadzor nad ogromno moči za pogon naprav, kot so gumijasti gumi in Tesline tuljave.

Bipolarni tranzistorji z izoliranimi vrati so na voljo po dostopnem cenovnem razponu in tako delujejo kot pomemben dejavnik pri hibridnih avtomobilih in električnih vozilih.

Vljudnost: Renesas