Čo je IGBT: práca, charakteristiky prepínania, SOA, hradlový rezistor, vzorce

IGBT znamená Bipolárny tranzistor s izolovanou bránou , výkonový polovodič, ktorý obsahuje vlastnosti MOSFETov vysokorýchlostné prepínanie hradla závislé od napätia a vlastnosti minimálneho odporu ON (napätie nízkeho nasýtenia) a BJT .

Obrázok 1 zobrazuje ekvivalentný obvod IGBT, kde bipolárny tranzistor pracuje s architektom brány MOS, zatiaľ čo podobný obvod IGBT je v skutočnosti zmesou tranzistora MOS a bipolárneho tranzistora.

IGBT, ktoré sľubujú rýchlu rýchlosť prepínania spolu s charakteristikami minimálneho saturačného napätia, sa používajú v širokom rozsahu, od komerčných aplikácií, ako sú jednotky využívajúce solárnu energiu a nepretržitý zdroj napájania (UPS), až po polia spotrebnej elektroniky, ako napríklad regulácia teploty pre indukčné varné dosky , klimatizačné zariadenia PFC, invertory a stroboskopy digitálnych fotoaparátov.

Obrázok 2 nižšie ukazuje hodnotenie medzi IGBT, bipolárnym tranzistorom a vnútorným usporiadaním a atribútmi MOSFET. Základný rámec IGBT je rovnaký ako v prípade MOSFETu, ktorý má vrstvu p + vloženú do odtokovej (kolektorovej) časti a tiež extra pn križovatku.

Z tohto dôvodu vždy, keď majú menšinové nosiče (otvory) tendenciu vkladať sa cez vrstvu p + na n-vrstvu s moduláciou vodivosti, sa odpor n-vrstvy dramaticky zníži.

V dôsledku toho poskytuje IGBT zníženú hodnotu saturačné napätie (menší odpor ON) v porovnaní s MOSFETom pri zvládaní veľkého prúdu, čo umožňuje minimálne straty vedením.

Vzhľadom na to, že vzhľadom na to, že pre výstupný tok otvorov je akumulácia menšinových nosičov v obdobiach vypínania zakázaná, je vzhľadom na konkrétny dizajn IGBT zakázané.

Táto situácia vedie k javu známemu ako chvostovy prud , pričom vypnutie je spomalené. Keď sa vyvinie koncový prúd, spínacia doba sa oneskorí a oneskorí, viac ako u MOSFET, čo vedie k zvýšeniu strát spínacej doby, počas období vypínania IGBT.

aboslútne maximálne hodnotenie

Absolútne maximálne špecifikácie sú hodnoty určené na zaručenie bezpečného a spoľahlivého použitia IGBT.

Aj krátkodobé prekročenie týchto zadaných absolútnych maximálnych hodnôt môže mať za následok zničenie alebo poruchu zariadenia, preto prosím pracujte s IGBT v rámci maximálnych prípustných hodnotení, ako je uvedené nižšie.

Štatistiky aplikácií

Aj keď sú odporúčané aplikačné parametre, ako napríklad pracovná teplota / prúd / napätie atď., Udržiavané v rámci absolútnych maximálnych hodnôt, v prípade, že je IGBT často vystavená nadmernému zaťaženiu (extrémna teplota, veľké napájanie prúdom / napätím, extrémne výkyvy teploty atď.), mohla by byť vážne ovplyvnená životnosť zariadenia.

Elektrické charakteristiky

Nasledujúce údaje nás informujú o rôznych terminológiách a parametroch IGBT, ktoré sa zvyčajne používajú na podrobné vysvetlenie a pochopenie fungovania IGBT.

Prúd kolektora, Strata kolektora : Obrázok 3 zobrazuje priebeh teploty disipácie kolektorov IGBT RBN40H125S1FPQ. Maximálny prípustný rozptyl kolektora sa zobrazuje pre rôzne teploty prípadu.

Nižšie uvedený vzorec je použiteľný v situáciách, keď okolitá teplota TC = 25 stupňov Celzia alebo viac.

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

Pre podmienky, kde okolitá teplota TC je = 25 ° C alebo nižšia, sa použije disipácia kolektora IGBT v súlade s ich absolútnym maximálnym hodnotením.

Vzorec na výpočet kolektorového prúdu IGBT je:

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

Vyššie uvedený je však všeobecný vzorec, je iba výpočtom zariadenia závislým od teploty.

Kolektorový prúd IGBT je určený ich saturačným napätím kolektora / emitora VCE (sat) a tiež v závislosti od ich prúdových a teplotných podmienok.

Okrem toho je kolektorový prúd (špička) IGBT definovaný množstvom prúdu, ktorý dokáže spracovať, ktoré zase závisí od spôsobu jeho inštalácie a jeho spoľahlivosti.

Z tohto dôvodu sa používateľom odporúča, aby nikdy neprekračovali maximálny prípustný limit IGBT pri ich použití v danej obvodovej aplikácii.

Na druhej strane, aj keď môže byť prúd kolektora nižší ako maximálny výkon zariadenia, môže ho obmedziť teplota spoja jednotky alebo bezpečná prevádzková oblasť.

Pri implementácii IGBT preto nezabudnite zohľadniť tieto scenáre. Parametre, prúd kolektora a rozptyl kolektora sa zvyčajne označujú ako maximálne hodnoty prístroja.

Bezpečný prevádzkový priestor

The

SOA IGBT pozostáva z predpätia SOA a spätného predpätia SOA, avšak pretože konkrétny rozsah hodnôt sa môže líšiť v závislosti od špecifikácií zariadenia, používateľom sa odporúča, aby si overili fakty ekvivalentné v údajovom liste.

Bezpečná prevádzková oblasť so skreslením dopredu

Obrázok 5 zobrazuje bezpečnú operačnú oblasť s predpätím (FBSOA) IGBT RBN50H65T1FPQ.

SOA je rozdelená do 4 oblastí v závislosti od konkrétnych obmedzení, ako je uvedené nižšie:

• Oblasť obmedzená najvyšším menovitým impulzným prúdom kolektora IC (vrchol).
• Oblasť obmedzená oblasťou rozptýlenia kolektorov
• Plocha obmedzená sekundárnym členením. Pamätajte, že tento druh poruchy spôsobí, že bezpečná operačná oblasť IGBT sa zúži, okrem prípadov, keď má zariadenie sekundárnu poruchu.
• Oblasť obmedzená maximálnym hodnotami VCES napätia kolektora a emitora.

Bezpečná prevádzková oblasť so spätným skreslením

Obrázok 6 zobrazuje oblasť bezpečnej prevádzky s reverzným predpätím (RBSOA) IGBT RBN50H65T1FPQ.

Táto konkrétna charakteristika funguje v súlade s reverzným predpätím SOA bipolárneho tranzistora.

Kedykoľvek je cez bránu a vysielač IGBT dodávané reverzné predpätie, ktoré nezahŕňa žiadne predpätie, počas doby vypínania pre indukčné zaťaženie, nájdeme vysoké napätie dodávané do kolektora-vysielača IGBT.

Súčasne sa v dôsledku zvyškovej diery neustále pohybuje veľký prúd.

To znamená, že pri tomto fungovaní nemožno použiť predpätie SOA, zatiaľ čo spätné predpätie SOA je možné využiť.

Reverzné skreslenie SOA je rozdelené do 2 obmedzených oblastí, ako je vysvetlené v nasledujúcich bodoch, nakoniec sa oblasť vytvorí validáciou skutočných fungujúcich postupov IGBT.

1. Plocha obmedzená maximálnym špičkovým kolektorovým prúdom Ic (špičkovým).
2. Oblasť obmedzená maximálnym hodnotením rozpadu napätia kolektora a emitora VCES. Pamätajte, že IGBT sa môže poškodiť, ak sa zadaná operačná trajektória VCEIC odkloní od špecifikácií SOA zariadenia.

Teda pri navrhovaní obvodu založeného na IGBT , je potrebné zabezpečiť, aby rozptyl a ďalšie problémy s výkonom zodpovedali odporúčaným hraniciam, a tiež je potrebné dbať na špecifické vlastnosti a konštanty členenia obvodu súvisiace s toleranciou členenia.

Napríklad reverzné predpätie SOA nesie teplotnú charakteristiku, ktorá klesá pri extrémnych teplotách, a prevádzkové miesto VCE / IC sa posúva v súlade s hradlovým odporom Rg IGBT a hradlovým napätím VGE.

Preto je nevyhnutné určiť parametre Rg a VGE s ohľadom na pracovný ekosystém a najnižšiu hodnotu odporu brány počas období vypínania.

Okrem toho môže byť tlmiaci obvod užitočný pri ovládaní dv / dt VCE.

Statické charakteristiky

Obrázok 7 ukazuje výstupné charakteristiky IGBT RBN40H125S1FPQ. Obrázok predstavuje napätie kolektora-emitora, zatiaľ čo prúd kolektora prechádza v situácii náhodného hradlového napätia.

Napätie kolektora a emitora, ktoré ovplyvňuje účinnosť a stratu manipulácie s prúdom počas zapnutia, sa líši podľa napätia brány a teploty tela.

Všetky tieto parametre je potrebné zohľadniť pri navrhovaní obvodu vodiča IGBT.

Prúd stúpa vždy, keď VCE dosiahne hodnoty 0,7 až 0,8 V, aj keď je to spôsobené dopredným napätím PN spojenia kolektor-emitor PN.

Obrázok 8 demonštruje charakteristiky saturačného napätia kolektora a vysielača oproti napätiu hradla IGBt RBN40H125S1FPQ.

V podstate začne klesať VCE (sat), keď stúpa napätie brány a vysielača VGE, aj keď zmena je nominálna, zatiaľ čo VGE = 15 V alebo vyššie. Preto sa odporúča pracovať s napätím hradla / vysielača VGE, ktoré je okolo 15 V, kedykoľvek je to možné.

Obrázok 9 zobrazuje charakteristiky prúdu kolektora vs. hradlové napätie IGBT RBN40H125S1FPQ.

Vlastnosti IC / VGE sú založené na teplotných zmenách, avšak oblasť nízkeho hradlového napätia smerom k priesečníku má tendenciu byť záporným teplotným koeficientom, zatiaľ čo oblasť vysokého hradlového napätia znamená kladné teplotné koeficienty.

Vzhľadom na to, že výkonové IGBT budú generovať teplo počas prevádzky, je skutočne výhodnejšie venovať pozornosť oblasti pozitívneho teplotného koeficientu, najmä keď sú zariadenia prevádzkované paralelne .

The odporúčaný stav napätia brány pomocou VGE = 15V vykazuje kladné teplotné charakteristiky.

Obrázky 10 a 11 ukazujú, ako sa dosahuje výkon saturačného napätia kolektora a emitora spolu s prahovým napätím hradla
IGBT závisia od teploty.

Vzhľadom na skutočnosť, že saturačné napätie kolektora a emitora má kladné charakteristiky teplotného koeficientu, nie je ľahké prechádzať prúdom, zatiaľ čo prevádzka IGBT rozptyľuje vysoké množstvo teploty, čo je zodpovedné za blokovanie účinného prúdu počas paralelnej prevádzky IGBT.

Naopak, fungovanie prahového napätia hradlo-emitor závisí od negatívnych teplotných charakteristík.

Počas vysokého rozptylu tepla prahové napätie klesá smerom nadol, čo spôsobuje vyššiu pravdepodobnosť nesprávnej činnosti zariadenia vyplývajúce z tvorby hluku.

Preto môže byť rozhodujúce dôkladné testovanie zamerané na vyššie uvedené charakteristiky.

Charakteristiky kapacity brány

Charakteristika poplatku: Obrázok 12 demonštruje charakteristiky nabíjania hradla stabilného IGBT zariadenia.

Charakteristiky brány IGBT sú v podstate v súlade s rovnakými princípmi, aké sa používajú pre výkonové MOSFETy, a poskytujú sa ako premenné, ktoré rozhodujú o prúdovom pohone zariadenia a jeho disipácii.

Obrázok 13 zobrazuje charakteristickú krivku rozdelenú do období 1 až 3.
Ďalej sú vysvetlené pracovné postupy týkajúce sa jednotlivých období.

Obdobie 1: Napätie hradla sa zvýši až na prahové napätie, pri ktorom prúd práve začína prúdiť.

Úsek stúpajúci od VGE = 0V je časť zodpovedná za nabíjanie kapacity hradla-vysielača Cge.

Obdobie 2: Zatiaľ čo sa prechod z aktívnej oblasti do oblasti nasýtenia prejaví, napätie kolektora-emitora sa začne meniť a kapacita hradla-kolektora Cgc sa nabije.

Toto konkrétne obdobie prichádza s citeľným zvýšením kapacity kvôli zrkadlovému efektu, ktorý spôsobí, že VGE sa stane konštantnou.

Na druhej strane, zatiaľ čo IGBT je úplne v stave ZAPNUTÉ, zmena napätia cez kolektor-vysielač (VCE) a zrkadlový efekt zmiznú.

Obdobie 3: V tomto konkrétnom období sa IGBT dostane do úplne nasýteného stavu a VCE nevykazuje žiadne zmeny. Teraz sa napätie VGE hradlového vysielača začína s časom zvyšovať.

Ako určiť prúd pohonu brány

Prúd pohonu brány IGBT závisí od sériového odporu brány Rg, odporu zdroja signálu Rs budiaceho obvodu, prvku rg, ktorý je vnútorným odporom zariadenia, a napätia pohonu VGE (ON).

Prúd pohonu brány sa počíta podľa nasledujúceho vzorca.

IG (vrchol) = VGE (zapnuté) / Rg + Rs + rg

S ohľadom na vyššie uvedené by mal byť IGBT výstupný obvod budiča vytvorený tak, aby bol zabezpečený súčasný potenciál pohonu ekvivalentný alebo väčší ako IG (špička).

Špičkový prúd je zvyčajne menší ako hodnota určená pomocou vzorca z dôvodu oneskorenia budiaceho obvodu a tiež oneskorenia nárastu dIG / dt hradlového prúdu.

Môžu sa vyskytnúť z dôvodu aspektov, ako je indukčnosť vedenia z obvodu pohonu do bodu pripojenia brány zariadenia IGBT.

Okrem toho môžu byť spínacie vlastnosti pre každé zapnutie a vypnutie veľmi závislé od Rg.

To nakoniec môže mať vplyv na spínací čas a deficity spínania. Je nevyhnutné zvoliť vhodný Rg s ohľadom na vlastnosti používaného zariadenia.

Výpočet straty disku

Straty vyskytujúce sa v budiacom obvode IGBT je možné znázorniť pomocou nižšie uvedeného vzorca, ak sú všetky straty vyvinuté v budiacom obvode absorbované vyššie diskutovanými faktormi odporu. ( f označuje spínaciu frekvenciu).

P (Drive Loss) = VGE (zapnuté) × Qg × f

Spínacie charakteristiky

Ak vezmeme do úvahy, že IGBT je spínací komponent, je jeho zapnutie, rýchlosť vypnutia jedným z hlavných faktorov ovplyvňujúcich jeho prevádzkovú účinnosť (stratu).

Obrázok 16 zobrazuje obvod, ktorý je možné použiť na meranie prepínania indukčnej záťaže IGBT.

Pretože diódová svorka je zapojená paralelne s indukčným zaťažením L, oneskorenie zapnutia IGBT (alebo strata zapnutia) je zvyčajne ovplyvnená charakteristikami doby zotavenia diódy.

Spínací čas

Čas prepínania IGBT, ako je zobrazený na obrázku 17, je možné rozdeliť do 4 meracích periód.

Vzhľadom na to, že čas sa drasticky mení pre každé jedno obdobie, pokiaľ ide o situácie Tj, IC, VCE, VGE a Rg, toto obdobie sa hodnotí za nasledujúcich načrtnutých podmienok.

• td (zapnuté) (čas oneskorenia zapnutia) : Časový okamih, od ktorého napätie hradla a vysielača rastie na 10% predpätého predpätého napätia na úroveň, kým sa prúd kolektora nezvýši na 10%.
• tr (čas nábehu) : Časový okamih, od ktorého sa prúd kolektora zvyšuje z 10% na 90%.
• td (vypnutie) (čas oneskorenia vypnutia) : Časový bod, od ktorého napätie hradla-vysielača dosahuje 90% predpätého predpätého napätia na úroveň, kým prúd kolektora neklesne na 90%.
• tf (čas pádu) : Časový okamih, od ktorého sa prúd kolektora zníži z 90% na 10%.
• chvost (chvost) : Obdobie vypínania IGBT pozostáva z koncového času (chvosta). To možno definovať ako čas spotrebovaný prebytočnými nosičmi, ktoré zostali na strane kolektorov IGBT, aby ustúpili rekombináciou napriek tomu, že sa IGBT vypne a spôsobí zvýšenie napätia kolektora-emitora.

Vlastnosti vstavanej diódy

Na rozdiel od výkonových MOSFETov IGBT nezahŕňa parazitickú diódu .

Výsledkom je, že na riadenie indukčného nabíjania v motoroch a rovnakých aplikáciách sa používa integrovaný IGBT dodávaný s predinštalovaným čipom Fast Recovery Diode (FRD).

V týchto typoch zariadení má efektivita práce IGBT aj predinštalovanej diódy významný vplyv na efektivitu práce zariadenia a na vznik interferencie šumu.

Ďalej sú vlastnosti spätného zotavenia a napätia vpred rozhodujúcim parametrom súvisiacim so zabudovanou diódou.

Vstavané charakteristiky spätného zotavenia diódy

Koncentrované menšinové nosiče sa vybijú počas spínacieho stavu, keď dióda prechádza dopredným prúdom, kým sa nedosiahne stav reverzného prvku.

Čas potrebný na úplné uvoľnenie týchto menšinových dopravcov je známy ako reverzný čas zotavenia (trr).

Prevádzkový prúd zapojený počas tejto doby sa nazýva spätný obnovovací prúd (Irr) a integrálna hodnota oboch týchto intervalov je známa ako spätný obnovovací prúd (Qrr).

Qrr = 1/2 (Irr x trr)

Ak vezmeme do úvahy, že časové obdobie trr je rovnocenne skratované, znamená to obrovské straty.

Ďalej obmedzuje frekvenciu počas celého procesu prepínania. Celkovo sa za optimálne považuje rýchle trr a znížené Irr (malé Qrris).

Tieto vlastnosti veľmi závisia od predpätého prúdu IF, diF / dt a spojovacej teploty Tj IGBT.

Na druhej strane, ak sa trr zrýchli, výsledkom bude mať di / dt strmšie obdobie obnovy, ako je to pri zodpovedajúcom napätí kolektor-emitor dv / dt, čo spôsobí zvýšenie sklonu k vytváraniu šumu.

Nasledujú príklady, ktoré poskytujú spôsoby, ako je možné čeliť generovaniu šumu.

1. Znížte diF / dt (znížte čas zapnutia IGBT).
2. Zahrňte tlmivý kondenzátor cez kolektor a vysielač zariadenia, aby ste minimalizovali napätie kolektora a vysielača dv / dt.
3. Vymeňte vstavanú diódu za nejakú mäkkú diódu na zotavenie.

Vlastnosť reverzného zotavenia významne závisí od kapacity zariadenia na toleranciu napätia / prúdu.

Túto vlastnosť je možné vylepšiť pomocou správy životnosti, statickej kovovej difúzie a rôznych ďalších techník.

Charakteristiky vpred zabudovaného diódy

Obrázok 19 zobrazuje výstupné charakteristiky zabudovanej diódy štandardného IGBT.

Diodové dopredné napätie VF znamená klesajúce napätie produkované, keď prúd IF cez diódu beží v smere poklesu predného napätia diódy.

Pretože táto vlastnosť môže viesť k strate výkonu v priebehu generovania spätného EMF (dióda s voľným chodom) v motorových alebo indukčných aplikáciách, odporúča sa zvoliť menší VF.

Ďalej, ako je znázornené na obrázku 19, sú charakteristiky kladného a záporného teplotného koeficientu určené veľkosťou impulzného prúdu diódy IF.

Charakteristiky tepelného odporu

Obrázok 20 zobrazuje odporové charakteristiky IGBT proti tepelným prechodom a integrovanej dióde.

Táto vlastnosť sa používa na stanovenie spojovacej teploty Tj IGBT. Šírka impulzu (PW) zobrazená na vodorovnej osi znamená spínací čas, ktorý definuje jednorazový impulz a výsledky opakujúcich sa operácií.

Napríklad PW = 1 ms a D = 0,2 (pracovný cyklus = 20%) znamená, že opakovacia frekvencia je 200 Hz, pretože opakovacia perióda je T = 5 ms.

Ak si predstavíme PW = 1ms a D = 0,2 a stratový výkon Pd = 60W, je možné určiť zvýšenie teploty spojenia IGBT ΔTj nasledujúcim spôsobom:
ΔTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0,17 = 10,2

Charakteristiky skratu zaťaženia

Aplikácie, ktoré vyžadujú premostené spínacie obvody IGBT, ako sú invertory, sa stáva ochranným obvodom proti skratu (nadprúdu) nevyhnutnosťou na vydržanie a ochranu pred poškodením počas doby, kým sa napätie brány IGBT nevypne, a to ani v prípade skratu výstupu jednotky .

Obrázky 21 a 22 ukazujú dobu znášania skratu a kapacitu spracovania skratového prúdu IGBT RBN40H125S1FPQ.

Táto odolnosť voči skratu IGBT sa bežne vyjadruje s ohľadom na čas tSC.

Táto výdržná schopnosť je určená hlavne na základe napätia hradla-vysielača IGBT, teploty tela a napájacieho napätia.

Toto by sa malo preskúmať pri navrhovaní kritického návrhu obvodu IGBT s mostom H-bridge.

Ďalej sa uistite, že sa rozhodnete pre IGBT zariadenie s optimálnym hodnotením z hľadiska nasledujúcich parametrov.

1. Napätie brány a vysielača VGE : S nárastom hradlového napätia stúpa aj skratový prúd a klesá prúdová kapacita zariadenia.
2. Teplota prípadu : S nárastom teploty prípadu ΔTj IGBT klesá súčasná výdržná kapacita, kým zariadenie nedosiahne poruchovú situáciu. Napájacie napätie
3. VCC: Ako sa zvyšuje vstupné napájacie napätie prístroja, zvyšuje sa aj skratový prúd, ktorý spôsobuje zhoršenie prúdovej výdržnosti prístroja.

Ďalej, v okamihu, keď obvod na ochranu proti skratu alebo preťaženiu zaznamená skratový prúd a vypne hradlové napätie, je skratový prúd skutočne neuveriteľne veľký ako veľkosť štandardného prevádzkového prúdu IGBT.

Počas procesu vypínania s týmto podstatným prúdom, ktorý používa štandardný odpor hradla Rg, by to mohlo spôsobiť vývoj veľkého prepätia, ktoré prekročí hodnotenie IGBT.

Z tohto dôvodu musíte vhodne zvoliť odpor hradla IGBT vhodný na zvládnutie skratových podmienok, ktorý má byť minimálne 10-krát vyšší ako normálna hodnota odporu hradla (napriek tomu musí zostať vo vnútri predpätej hodnoty SOA predpätia).

Toto má pôsobiť proti generovaniu nárazového napätia na LED diódach kolektora a emitora IGBT počas období, keď je prerušený skratový prúd.

Krátkodobá výdrž tSC môže navyše spôsobiť distribúciu prepätia medzi ďalšie pridružené zariadenia.

Je potrebné dbať na to, aby bola zabezpečená dostatočná rezerva minimálne vo výške dvojnásobku štandardného časového rámca potrebného na to, aby bol obvod na ochranu proti skratu funkčný.

Maximálna teplota spoja Tjmax za 175 ℃

Absolútne maximálne hodnotenie teploty spojenia väčšiny polovodičových súčiastok Tj je 150 ℃, ale Tjmax = 175 ℃ je stanovené podľa požiadavky na zariadenia novej generácie, aby vydržali zvýšené teplotné parametre.
.
Tabuľka 3 zobrazuje dobrý príklad testovacích podmienok pre IGBT RBN40H125S1FPQ, ktorý je navrhnutý tak, aby vydržal 175 ℃ pri prevádzke pri vysokých teplotách.

Aby sa zaručila efektívna prevádzka pri Tjmax = 175 ℃, vylepšilo sa veľa parametrov pre štandardný test konzistencie pri 150 and a vykonalo sa prevádzkové overenie.

Z tohto dôvodu sa testovacie rozsahy pohybujú s ohľadom na technické parametre zariadenia.

Ak chcete získať ďalšie informácie, nezabudnite overiť údaje spoľahlivosti týkajúce sa zariadenia, ktoré možno aplikujete.

Pamätajte tiež, že hodnota Tjmax nie je iba obmedzením pre neustálu prácu, ale aj špecifikáciou nariadenia, ktorá by nemala byť ani na chvíľu prekročená.

Počas prepínania ZAPNUTIE / VYPNUTIE musí byť bezpodmienečne zohľadnená bezpečnosť proti vysokému rozptylu teploty, a to aj pri krátkodobom zapnutí IGBT.

Uistite sa, že pracujete s IGBT v prostredí, ktoré v žiadnom prípade neprekročí maximálnu teplotu prípadu poruchy Tj = 175 ℃.

Straty IGBT

Strata vedenia: Pri napájaní indukčnej záťaže prostredníctvom IGBT sa vzniknuté straty v zásade kategorizujú ako straty vedením a spínacie straty.

Strata, ku ktorej dôjde okamžite po úplnom zapnutí IGBT, sa nazýva strata vedenia, zatiaľ čo strata, ku ktorej dôjde počas prepínania IGBT z polohy ON na OFF alebo OFF na ON, sa označuje ako strata straty.

Skutočnosť, že strata závisí od implementácie napätia a prúdu, ako je demonštrované v nasledujúcom vzorci, nastáva strata v dôsledku vplyvu saturačného napätia kolektora a emitora VCE (sat), aj keď je zariadenie v prevádzke.

VCE (sat) by mala byť minimálna, pretože strata môže spôsobiť tvorbu tepla v rámci IGBT.
Strata (P) = napätie (V) × prúd (I)
Strata pri zapnutí: P (zapnutie) = VCE (sat) × IC

Strata pri prepínaní: Pretože stratu IGBT môže byť náročné odhadnúť pomocou spínacieho času, sú do príslušných údajových listov začlenené referenčné tabuľky, ktoré pomáhajú návrhárom obvodov určiť spínaciu stratu.

Obrázok 24 nižšie ukazuje charakteristiky straty spínania pre IGBT RBN40H125S1FPQ.

Faktory Eon a Eoff sú silne ovplyvnené prúdom kolektora, odporom hradla a prevádzkovou teplotou.

Eon (strata energie pri zapnutí)

Objem straty, ktorý sa vyvinul počas procesu zapnutia IGBT pre indukčné zaťaženie, spolu so stratou obnovy pri spätnom zotavení diódy.

Eon sa počíta od bodu, keď je hradlové napätie napájané na IGBT a kolektorový prúd začne cestovať, až do okamihu, keď je IGBT úplne prevedený do zapnutého stavu

Eoff (strata energie pri vypnutí

Je to veľkosť straty vzniknutej počas doby vypínania pre indukčné záťaže, ktorá zahŕňa aj chvostový prúd.

Eoff sa meria od bodu, v ktorom je práve prerušený prúd hradla a napätie kolektora-emitora začne stúpať, až do okamihu, keď IGBT dosiahne úplne vypnutý stav.

Zhrnutie

Zariadenie s bipolárnym tranzistorom s izolovanou bránou (IGTB) je typ trojvodičového výkonového polovodičového zariadenia, ktoré sa v zásade používa ako elektronický spínač, a je tiež známe, že poskytuje kombináciu extrémne rýchleho prepínania a vysokej účinnosti v novších zariadeniach.

IGBT pre vysokoprúdové aplikácie

Celý rad moderných zariadení, ako sú VFD (frekvenčné meniče s variabilnou rýchlosťou), VSF (chladničky s variabilnou rýchlosťou), vlaky, stereofónne systémy s prepínacími zosilňovačmi, elektrické automobily a klimatizačné zariadenia, používajú na prepínanie elektrickej energie bipolárny tranzistor s izolovanou bránou.

Symbol režimu vyčerpania IGBT

V prípade, že zosilňovače používajú bipolárny tranzistor s izolovanou bránou, často syntetizujú vlnové tvary, ktoré sú svojou povahou zložité, spolu s nízkopriepustnými filtrami a moduláciou šírky impulzu, pretože bipolárny tranzistor s izolovanou bránou je v zásade navrhnutý tak, aby sa zapínal a vypínal rýchlym a rýchlym tempom.

Rýchlosťami opakovania impulzov sa môžu pochváliť moderné prístroje, ktoré pozostávajú zo spínacej aplikácie a spadajú dobre do ultrazvukového rozsahu, čo sú frekvencie, ktoré sú desaťkrát vyššie ako najvyššia zvuková frekvencia spracovávaná prístrojom, keď sa prístroje používajú vo forme analógový audio zosilňovač.

MOSFETy pozostávajúce z vysokého prúdu a charakteristík jednoduchého hradlového pohonu sú kombinované s bipolárnymi tranzistormi, ktoré majú kapacitu IGTB s nízkym saturačným napätím.

IGBT sú kombináciou BJT a Mosfet

Jediné zariadenie vyrába IGBT kombináciou bipolárneho výkonového tranzistora, ktorý funguje ako spínač, a izolovaného hradla FET, ktorý slúži ako riadiaci vstup.

Bipolárny tranzistor s izolovanou bránou (IGTB) sa používa hlavne v aplikáciách, ktoré pozostávajú z viacerých zariadení, ktoré sú umiestnené paralelne k sebe a väčšinou majú kapacitu na manipuláciu s veľmi vysokým prúdom, ktorý je v rozmedzí stoviek ampérov spolu s 6000 V blokovacieho napätia, ktoré sa zase rovná stovkám kilowattov, využíva stredný až vysoký výkon, ako je indukčný ohrev, spínané zdroje napájania a riadenie trakčného motora. Bipolárne tranzistory s izolovanou bránou, ktoré sú veľké.

IGBT sú najpokročilejšie tranzistory

Bipolárny tranzistor s izolovanou bránou (IGTB) je nový a nedávny vynález doby.

Zistilo sa, že zariadenia prvej generácie, ktoré boli vyvinuté a uvedené na trh v 80. a začiatkom 90. rokov, majú relatívne pomalý proces prepínania a sú náchylné na zlyhanie v rôznych režimoch, ako je napríklad latchup (kde bude zariadenie naďalej zapínané a nebude sa zapínať). vypnuté, kým prúd nepreteká cez zariadenie) a sekundárne zlyhanie (keď pri prúdení vysokého prúdu cez zariadenie prejde lokalizovaný hotspot v zariadení na tepelný únik a v dôsledku toho zariadenie zhorí).

U zariadení druhej generácie a u najaktuálnejších zariadení v bloku bolo pozorované veľké zlepšenie, zariadenia tretej generácie sa považujú za ešte lepšie ako zariadenia prvej generácie vleku.

Nové mosfety konkurujú IGBT

Zariadenia tretej generácie pozostávajú z MOSFETov s rýchlou rýchlosťou a toleranciou a robustnosťou vynikajúcej úrovne.

Zariadenia druhej a tretej generácie pozostávajú z extrémne vysokých impulzov, ktoré ich robia veľmi užitočnými na generovanie veľkých výkonových impulzov v rôznych oblastiach, ako je fyzika plazmy a častice.

Druhá a tretia generácia zariadení tak nahradili väčšinou všetky staršie zariadenia, ako napríklad spustené iskrište a tyratróny používané v týchto oblastiach fyziky plazmy a častíc.

Tieto zariadenia tiež priťahujú milovníkov vysokého napätia vďaka svojim vlastnostiam vysokých impulzov a dostupnosti na trhu za nízke ceny.

To umožňuje fandovi ovládať obrovské množstvo energie s cieľom poháňať zariadenia, ako sú cievkové žuvačky a Teslove cievky.

Bipolárne tranzistory s izolovanou bránou sú k dispozícii za prijateľnú cenu a tak pôsobia ako dôležitý faktor umožňujúci hybridné automobily a elektrické vozidlá.

Zdvorilosť: Renesas