Κατηγορίες: Προτεινόμενα άρθρα » Πρακτικά ηλεκτρονικά
Αριθμός προβολών: 8742
Σχόλια σχετικά με το άρθρο: 0

Τα IGBTs είναι τα κύρια συστατικά της σύγχρονης ηλεκτρονικής ισχύος

 

Ένα τρανζίστορ IGBT (σύντομη περιγραφή για το διπολικό τρανζίστορ με μονωμένη πύλη) ή ένα διπολικό τρανζίστορ με μονωμένη πύλη (συντομογραφημένο IGBT) είναι μια συσκευή ημιαγωγών τριών ακίδων που συνδυάζει ένα διπολικό τρανζίστορ ισχύος και ένα τρανζίστορ πεδίου δράσης που τον ελέγχει μέσα σε ένα περίβλημα.

Τα τρανζίστορ IGBT αποτελούν σήμερα τα βασικά συστατικά των ηλεκτρονικών ισχύος (ισχυροί μετατροπείς, τροφοδοτικά, μετατροπείς συχνότητας κλπ.), Όπου λειτουργούν ως ισχυροί ηλεκτρονικοί διακόπτες που μεταφέρουν ρεύματα σε συχνότητες που μετριούνται σε δεκάδες και εκατοντάδες kilohertz. Τα τρανζίστορ αυτού του τύπου παράγονται με τη μορφή χωριστών εξαρτημάτων και με τη μορφή εξειδικευμένων μονάδων ισχύος (συγκροτημάτων) για τον έλεγχο τριφασικών κυκλωμάτων.

Παράδειγμα τρανζίστορ IGBT

Το γεγονός ότι το τρανζίστορ IGBT περιλαμβάνει τρανζίστορ δύο τύπων ταυτόχρονα (με κασέτα) σας επιτρέπει να συνδυάσετε τα πλεονεκτήματα δύο τεχνολογιών μέσα σε μία συσκευή ημιαγωγού.

Ένας διπολικός τρανζίστορ ως τρανζίστορ ισχύος σας επιτρέπει να έχετε μεγαλύτερη τάση λειτουργίας ενώ η αντίσταση του καναλιού στην ανοιχτή κατάσταση είναι ανάλογη προς το ρεύμα στον πρώτο βαθμό και όχι στο τετράγωνο του ρεύματος όπως συμβατικά τρανζίστορ για φαινόμενα πεδίου. Και το γεγονός ότι είναι το τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος που χρησιμοποιείται ως τρανζίστορ ελέγχου ελαχιστοποιεί την κατανάλωση ισχύος για έλεγχο κλειδιού.

 

Τα ονόματα των ηλεκτροδίων χαρακτηρίζουν τη δομή του τρανζίστορ IGBT: το ηλεκτρόδιο ελέγχου ονομάζεται πύλη (όπως ένα τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος) και τα ηλεκτρόδια του καναλιού ισχύος ονομάζονται συλλέκτης και εκπομπός (όπως ένα διπολικό τρανζίστορ).


Λίγη ιστορία

Ιστορικά, τα διπολικά τρανζίστορ έχουν χρησιμοποιηθεί σε ίση βάση. με θυρίστορ ως ηλεκτρονικά κλειδιά ισχύος μέχρι τη δεκαετία του '90. Αλλά τα μειονεκτήματα των διπολικών τρανζίστορ ήταν πάντα προφανή: ένα μεγάλο ρεύμα βάσης, αργό κλείδωμα και υπερθέρμανση του κρυστάλλου, μια ισχυρή εξάρτηση θερμοκρασίας από τις κύριες παραμέτρους και μια περιορισμένη τάση κορεσμού συλλέκτη-εκπομπού.

Τα τρανζίστορ φαινόμενου πεδίου (δομές MOS) που εμφανίστηκαν αργότερα άλλαξαν αμέσως την κατάσταση προς το καλύτερο: ο έλεγχος της τάσης δεν απαιτεί πλέον τέτοια μεγάλα ρεύματα, οι παράμετροι του διακόπτη εξαρτώνται ασθενώς από τη θερμοκρασία, η τάση λειτουργίας του τρανζίστορ δεν περιορίζεται από κάτω, η χαμηλή αντίσταση του καναλιού ισχύος στην ανοιχτή κατάσταση εκτείνεται η περιοχή των ρευμάτων λειτουργίας, η συχνότητα μεταγωγής μπορεί εύκολα να φθάσει τις εκατοντάδες kilohertz, επιπλέον, η ικανότητα των τρανζίστορ πεδίου φαινόμενο να αντέξει ισχυρά δυναμικά φορτία σε υψηλές τάσεις λειτουργίας είναι αξιοσημείωτο.

Δεδομένου ότι ο έλεγχος ενός τρανζίστορ επιπέδου πεδίου είναι πολύ απλούστερος και πιο ισχυρός από έναν διπολικό, υπάρχει ένα περιοριστικό εσωτερικό. διόδου, - τα τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος κέρδισαν αμέσως δημοτικότητα στους μετατροπείς τάσης υψηλής συχνότητας, καθώς και στους ακουστικούς ενισχυτές κατηγορίας D.

Βλαντιμίρ Ντιακονόφ

Βλαντιμίρ Ντιακονόφ

Το πρώτο τρανζίστορ επίδρασης ισχύος εξελίχθηκε από τον Viktor Bachurin στη Σοβιετική Ένωση το 1973, μετά από το οποίο ερευνήθηκε υπό την επίβλεψη του επιστήμονα Βλαντιμίρ Ντιακονόφ. Οι έρευνες της ομάδας Dyakonov σχετικά με τις βασικές ιδιότητες ενός τρανζίστορ ισχύος ισχύος-αποτελέσματος οδήγησαν στην ανάπτυξη, το 1977, ενός σύνθετου διακόπτη τρανζίστορ, μέσα στον οποίο ένας διπολικός τρανζίστορ ελέγχονταν από έναν διακόπτη επιτόπιας επίδρασης με μια μονωμένη πύλη.

Οι επιστήμονες έχουν δείξει την αποτελεσματικότητα αυτής της προσέγγισης όταν οι τρέχουσες ιδιότητες του τμήματος ισχύος καθορίζονται από ένα διπολικό τρανζίστορ και οι παράμετροι ελέγχου καθορίζονται από το πεδίο ένα. Επιπλέον, εξαλείφεται ο κορεσμός του διπολικού τρανζίστορ, πράγμα που σημαίνει ότι η καθυστέρηση όταν απενεργοποιείται μειώνεται. Αυτό είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα οποιουδήποτε κλειδιού λειτουργίας.

Σοβιετικοί επιστήμονες έλαβαν το πιστοποιητικό πνευματικών δικαιωμάτων Νο. 757051 "Pobistor" για ένα νέο είδος συσκευής ημιαγωγών. Αυτή ήταν η πρώτη δομή που περιείχε ένα ισχυρό διπολικό τρανζίστορ σε ένα περίβλημα, στην κορυφή του οποίου υπήρχε ένα τρανζίστορ ελέγχου πεδίου ελέγχου με μονωμένη πύλη.

Μονωμένο διπολικό τρανζίστορ (IGBT)

Όσον αφορά τη βιομηχανική εφαρμογή, ήδη από το 1983, ο Intarnational Rectifier κατοχυρώνει το πρώτο τρανζίστορ IGBT. Και δύο χρόνια αργότερα, αναπτύχθηκε ένα τρανζίστορ IGBT με επίπεδη δομή και υψηλότερη τάση λειτουργίας. Αυτό έγινε ταυτόχρονα στα εργαστήρια δύο εταιριών - General Electric και RCA.

Οι πρώτες εκδόσεις των διπολικών τρανζίστορ μόνωσης-πύλης είχαν ένα σημαντικό μειονέκτημα - αργή εναλλαγή. Το όνομα IGBT υιοθετήθηκε στη δεκαετία του '90, όταν δημιουργήθηκε η δεύτερη και τρίτη γενιά τρανζίστορ IGBT. Τότε οι ατέλειες αυτές εξαφανίστηκαν.


Διακεκριμένα οφέλη από IGBTs

Σε σύγκριση με συμβατικά τρανζίστορ με φαινόμενα πεδίου, τα IGBT έχουν υψηλότερη αντίσταση εισόδου και χαμηλότερη ισχύ που δαπανάται για τον έλεγχο της πύλης.

Σε αντίθεση με τα διπολικά τρανζίστορ, υπάρχει χαμηλότερη τάση κατά την ενεργοποίηση. Οι απώλειες στην ανοιχτή κατάσταση, ακόμη και σε υψηλές τάσεις λειτουργίας και ρεύματα, είναι αρκετά μικρές. Σε αυτή την περίπτωση, η αγωγιμότητα είναι όπως αυτή ενός διπολικού τρανζίστορ, και το κλειδί ελέγχεται από τάση.

Το φάσμα του συλλέκτη-εκπομπού τάσης λειτουργίας για τα πιο ευρέως διαθέσιμα μοντέλα κυμαίνεται από δεκάδες βολτ έως 1200 ή περισσότερα βολτ, ενώ τα ρεύματα μπορούν να φτάσουν έως και 1000 ή περισσότερους αμπέρ. Υπάρχουν συναρμολογήσεις για εκατοντάδες και χιλιάδες βολτ σε τάση και ρεύματα εκατοντάδων αμπέρ.

Πιστεύεται ότι τα τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος είναι καλύτερα κατάλληλα για λειτουργικές τάσεις μέχρι 500 Volt και τα τρανζίστορ IGBT είναι κατάλληλα για τάσεις μεγαλύτερες από 500 Volt και ρεύματα μεγαλύτερα από 10 Amperes, καθώς η χαμηλότερη αντίσταση καναλιού στην ανοιχτή κατάσταση είναι εξαιρετικά σημαντική σε χαμηλότερες τάσεις.


Τρανζίστορ IGBT

Η κύρια εφαρμογή των τρανζίστορ IGBT βρίσκεται σε μετατροπείς, μετατροπείς τάσης και μετατροπείς συχνότητας (για παράδειγμα, η μονάδα ημι-γέφυρας SKM 300GB063D, 400A, 600V) - όπου υπάρχει υψηλή τάση και σημαντική ισχύς.

Εναλλάκτες συγκόλλησης - ένα ξεχωριστό σημαντικό πεδίο εφαρμογής τρανζίστορ IGBT: υψηλό ρεύμα, ισχύ πάνω από 5 kW και συχνότητες έως 50 kHz (IRG4PC50UD - κλασικό του είδους, 27Α, 600V, έως 40kHz).

Εναλλάκτης συγκόλλησης

Δεν μπορείτε να κάνετε χωρίς IGBT για την αστική ηλεκτρική μεταφορά: με τα θυρίστορ, οι κινητήρες έλξης δείχνουν χαμηλότερη απόδοση από ότι με το IGBT, επιπλέον, η IGBT επιτυγχάνει μια ομαλότερη οδήγηση και έναν καλό συνδυασμό με αναγεννητικά συστήματα πέδησης ακόμη και σε υψηλές ταχύτητες.

Δεν υπάρχει τίποτα καλύτερο από το IGBT όταν χρειάζεται να αλλάζετε σε υψηλές τάσεις (πάνω από 1000 V) ή να ελέγχετε έναν μετατροπέα μεταβλητής συχνότητας (συχνότητες μέχρι 20 kHz).

Μετατροπέας συχνότητας

Σε ορισμένα κυκλώματα, τα τρανζίστορ IGBT και MOSFET είναι πλήρως εναλλάξιμα, καθώς το pinout τους είναι παρόμοιο και οι αρχές ελέγχου είναι ίδιες. Οι πύλες σε αυτό και στην άλλη περίπτωση αντιπροσωπεύουν χωρητικότητα έως nanofarads, με μια επαναφόρτιση που συγκρατεί το φορτίο και στην οποία ο οδηγός εγκατεστημένος σε οποιοδήποτε τέτοιο κύκλωμα μπορεί εύκολα να χειριστεί και να παράσχει επαρκή έλεγχο.

Δείτε επίσης:Τρανζίστορ ισχύος MOSFET και IGBT, διαφορές και χαρακτηριστικά της εφαρμογής τους

Δείτε επίσης στο i.electricianexp.com:

  • Τρανζίστορ ισχύος MOSFET και IGBT, διαφορές και χαρακτηριστικά της εφαρμογής τους
  • Διπολικά και πεδίου τρανζίστορ - ποια είναι η διαφορά
  • Τύποι τρανζίστορ και η εφαρμογή τους
  • Πώς να επιλέξετε ένα αναλογικό τρανζίστορ
  • Τρισδιάστατος οδηγός επιπτώσεων πεδίου διακριτού εξαρτήματος

  •