luokat: Esitetyt artikkelit » Käytännöllinen elektroniikka
Katselukertojen määrä: 8742
Kommentit artikkeliin: 0

IGBT-transistorit - nykyaikaisen tehoelektroniikan pääkomponentit

 

IGBT-transistori (lyhenne englannin eristetystä portista koostuvalle bipolaaritransistorille) tai eristetty portin bipolaaritransistori (lyhennetty IGBT) on kolminapainen puolijohdelaite, joka yhdistää tehobipolaaritransistorin ja kenttäefektitransistorin, joka ohjaa sitä yhden kotelon sisällä.

IGBT-transistorit ovat nykyään tehoelektroniikan pääkomponentteja (voimakkaat invertterit, kytkentävirtalähteet, taajuusmuuttajat jne.), Joissa ne toimivat voimakkaina elektronisina kytkiminä, jotka vaihtavat virtauksia kymmenien ja satojen kilohertsien taajuuksilla. Tämän tyyppisiä transistoreita valmistetaan sekä erillisinä komponenteina että erikoismoduuleina (kokoonpanoina) kolmivaiheisten piirien ohjaamiseksi.

IGBT-transistori-esimerkki

Se, että IGBT-transistori sisältää kahdentyyppisiä transistoreita kerralla (sisältyy kaskadipiiriin), antaa sinun yhdistää kahden tekniikan edut yhden puolijohdelaitteen sisällä.

Bipolaaritransistori tehotransistorina antaa sinulle suuremman käyttöjännitteen, kun taas kanavan vastus avoimessa tilassa on verrannollinen ensimmäisen asteen virtaan, ei virran neliöön kuten tavanomaiset kenttävaikutteiset transistorit. Ja tosiasia, että ohjaustransistorina käytetään kenttävaikutteista transistoria, vähentää avainten ohjauksen virrankulutusta minimiin.

 

Elektrodien nimet kuvaavat IGBT-transistorin rakennetta: ohjauselektrodia kutsutaan portiksi (kuten kenttä-efektitransistori), ja tehokanavan elektrodeja kutsutaan kollektoriksi ja emitteriksi (kuten bipolaaritransistori).


Hieman historiaa

Bipolaaritransistoreita on historiallisesti käytetty tasavertaisesti. tiristorien kanssa tehoelektroniikan avaimina 90-luvulle saakka. Mutta bipolaaristen transistorien haitat olivat aina ilmeisiä: suuri kantavirta, hitaasti sammutettu ja kristallin ylikuumeneminen, pääparametrien voimakas lämpötilariippuvuus ja rajoitettu keräilijän ja emitterin kylläisyysjännite.

Myöhemmin ilmestyneet kenttävaikutteiset transistorit (MOS-rakenteet) muuttivat välittömästi tilannetta parempaan suuntaan: jännitesäätö ei enää vaadi niin suuria virroja, kytkimen parametrit ovat heikosti riippuvaisia ​​lämpötilasta, transistorin toimintajännitettä ei ole rajoitettu alhaalta, sähkökanavan pieni vastus avoimessa tilassa laajentaa toimintavirta-alueita, kytkentätaajuus voi helposti saavuttaa satoja kilohertsejä, lisäksi kenttätehostetransistorien kyky kestää voimakkaita dynaamisia kuormituksia suurilla käyttöjännitteillä on huomattava.

Koska kenttäefektitransistorin ohjaus on paljon yksinkertaisempaa ja tehokkaampaa kuin bipolaarinen, sen sisällä on rajoittava. diodi, - kenttäefektitransistorit saavuttivat välittömästi suosiota korkeataajuisissa kytkentäjännitemuuntajissa sekä luokan D akustisissa vahvistimissa.

Vladimir Dyakonov

Vladimir Dyakonov

Ensimmäisen voimakenttä-transistorin kehitti Viktor Bachurin takaisin Neuvostoliitossa vuonna 1973, jonka jälkeen se tutkittiin tiedemies Vladimir Dyakonovin valvonnassa. Dyakonov-ryhmän tutkimukset tehokenttä-transistorin avainominaisuuksista johtivat 1977 komposiittitransistorikytkimen kehittämiseen, jonka sisällä bipolaarista transistoria ohjasi eristetyllä portilla varustettu kenttä-vaikutuskytkin.

Tutkijat ovat osoittaneet tämän lähestymistavan tehokkuuden, kun bipolaaritransistori määrittää tehoyksikön nykyiset ominaisuudet ja kenttä yksi määrittää ohjausparametrit. Lisäksi bipolaaritransistorin kylläisyys eliminoituu, mikä tarkoittaa, että viive sammutettaessa pienenee. Tämä on kaikkien virta-avainten tärkeä etu.

Neuvostoliiton tutkijat saivat tekijänoikeustodistuksen nro 757051 "Pobistor" uudentyyppiselle puolijohdelaitteelle. Tämä oli ensimmäinen rakenne, joka sisälsi tehokkaan bipolaaritransistorin yhdessä kotelossa, jonka päällä oli ohjauskenttätehoinen transistori eristetyllä hilalla.

Eristetyn portin bipolaaritransistori (IGBT)

Mitä teollisiin toteutuksiin, Intarnational Rectifier patentoi jo vuonna 1983 ensimmäisen IGBT-transistorin. Ja kaksi vuotta myöhemmin kehitettiin IGBT-transistori, jolla oli litteä rakenne ja korkeampi käyttöjännite. Tämä tehtiin samanaikaisesti kahden yrityksen - General Electricin ja RCA: n - laboratorioissa.

Eristetyn portin bipolaaritransistorien ensimmäisillä versioilla oli yksi merkittävä haitta - hidas kytkentä. IGBT-nimi otettiin käyttöön 90-luvulla, kun toisen ja kolmannen sukupolven IGBT-transistorit luotiin. Sitten nämä puutteet poistettiin.


IGBT: n erityiset edut

Verrattuna tavanomaisiin kenttävaikutteisiin transistoreihin, IGBT: llä on suurempi tuloimpedanssi ja pienempi teho, joka kulutetaan portin ohjaukseen.

Toisin kuin bipolaaritransistoreissa, jännite on alhaisempi, kun virta on päällä. Tappiot avoimessa tilassa ovat melko pienet jopa suurilla käyttöjännitteillä ja virroilla. Tässä tapauksessa sähkönjohtavuus on kuin bipolaaritransistorin ja avainta ohjataan jännitteellä.

Laajimmin saatavissa olevien mallien käyttöjännitekeräilähettimen alue vaihtelee kymmenistä volteista ainakin 1200 voltiin tai enemmän, kun taas virrat voivat olla jopa 1000 ampeeria. On olemassa kokoonpanoja satojen ja tuhansien volttien jännitteessä ja satojen ampeerien virroissa.

Uskotaan, että kenttäefektitransistorit soveltuvat paremmin käyttöjännitteisiin jopa 500 voltiin saakka, ja IGBT-transistorit sopivat yli 500 voltin jännitteille ja yli 10 ampeerin virroille, koska alempi kanavan vastus avoimessa tilassa on erittäin tärkeä pienemmissä jännitteissä.


IGBT-transistorit

IGBT-transistorien pääsovellus löytyy inverttereistä, kytkentäjännitemuuntajista ja taajuusmuuttajista (esimerkiksi puolisiltamoduuli SKM 300GB063D, 400A, 600V) - joissa on korkea jännite ja merkittävä teho.

Hitsausmuuntimet - erillinen tärkeä IGBT-transistorien käyttöalue: korkea virta, yli 5 kW teho ja taajuudet jopa 50 kHz (IRG4PC50UD - tyylilajin klassikko, 27A, 600V, jopa 40 kHz).

Hitsausinvertteri

IGBT: tä ei voida luopua kaupunkien sähköliikenteessä: tiristorien kanssa vetovoiman moottorit ovat alhaisempia kuin IGBT. Lisäksi IGBT saavuttaa sujuvamman ajon ja hyvän yhdistelmän regeneratiivisilla jarrujärjestelmillä jopa suurilla nopeuksilla.

Mikään ei ole parempi kuin IGBT, kun joudut vaihtamaan suurilla jännitteillä (yli 1000 V) tai ohjaamaan muuttuvaa taajuutta (taajuudet jopa 20 kHz).

Taajuusmuuttaja

Joillakin piireillä IGBT- ja MOSFET-transistorit ovat täysin vaihdettavissa, koska niiden pinout on samanlainen ja ohjausperiaatteet ovat samat. Portit tässä ja toisessa tapauksessa edustavat jopa nanofarad-yksiköiden kapasiteettia, jossa on latauspitoinen varaus, jolla mihin tahansa tällaiseen piiriin asennettu ohjain pystyy helposti käsittelemään ja tarjoaa riittävän ohjauksen.

Katso myös:Tehokkaat MOSFET- ja IGBT-transistorit, niiden erot ja ominaisuudet

Katso myös osoitteesta i.electricianexp.com:

  • Tehokkaat MOSFET- ja IGBT-transistorit, niiden erot ja ominaisuudet
  • Bipolaariset ja kenttävaikutteiset transistorit - mikä ero on
  • Transistorien tyypit ja niiden käyttö
  • Kuinka valita analoginen transistori
  • Diskreetti komponenttikenttätehoinen transistoriohjain

  •