Apa itu IGBT: Berfungsi, Menukar Karakteristik, SOA, Perintang Gerbang, Rumus

IGBT bermaksud Gerbang bertebat-Bipolar-Transistor , semikonduktor kuasa yang merangkumi ciri-ciri MOSFET kelajuan tinggi, peralihan gerbang bergantung voltan, dan sifat rintangan ON minimum (voltan tepu rendah) a BJT .

Gambar 1 menunjukkan litar setara IGBT, di mana transistor bipolar berfungsi dengan arkitek gerbang MOS, sementara litar IGBT yang serupa sebenarnya adalah campuran transistor MOS dan transistor bipolar.

IGBT, menjanjikan kelajuan pensuisan cepat bersama dengan ciri voltan tepu minimum, digunakan dalam rangkaian yang luas, dari aplikasi komersial seperti di unit memanfaatkan tenaga suria dan bekalan kuasa tidak putus-putus (UPS), ke medan elektronik pengguna, seperti kawalan suhu untuk dapur pemanas induksi , peralatan penyaman udara PFC, penyongsang, dan stroboskop kamera digital.

Gambar 2 di bawah menunjukkan penilaian antara susun atur dan atribut dalaman IGBT, transistor bipolar, dan MOSFET. Kerangka asas IGBT adalah sama dengan MOSFET yang mempunyai lapisan p + dimasukkan ke bahagian longkang (pengumpul), dan juga persimpangan pn tambahan.

Oleh kerana itu, setiap kali pembawa minoriti (lubang) cenderung dimasukkan melalui lapisan p + ke lapisan n dengan modulasi kekonduksian, rintangan lapisan n berkurang secara mendadak.

Akibatnya, IGBT memberikan pengurangan voltan tepu (rintangan ON yang lebih kecil) dibandingkan dengan MOSFET ketika mengatasi arus yang besar, sehingga memungkinkan kehilangan konduksi minimum.

Oleh kerana itu, mengingat bahawa untuk jalan keluar aliran lubang, pengumpulan pengangkut minoriti pada masa tutup, dilarang kerana reka bentuk IGBT tertentu.

Keadaan ini menimbulkan fenomena yang dikenali sebagai arus ekor , di mana putaran dimatikan. Apabila arus ekor berkembang, tempoh peralihan menjadi lambat dan lambat, lebih banyak daripada MOSFET, yang mengakibatkan peningkatan kerugian waktu beralih, selama tempoh pemutaran IGBT.

Penilaian Maksimum Mutlak

Spesifikasi maksimum mutlak adalah nilai yang ditentukan untuk menjamin penerapan IGBT yang selamat dan baik.

Melintasi nilai maksimum mutlak yang ditentukan ini walaupun seketika boleh mengakibatkan kehancuran atau kerosakan peranti, oleh itu pastikan untuk bekerjasama dengan IGBT dalam penilaian maksimum yang boleh diterima seperti yang disarankan di bawah.

Wawasan Aplikasi

Walaupun parameter aplikasi yang disyorkan seperti suhu kerja / arus / voltan dan lain-lain dikekalkan dalam penilaian maksimum maksimum, sekiranya IGBT sering mengalami beban yang berlebihan (suhu yang melampau, bekalan arus / voltan yang besar, perubahan suhu yang melampau dll), ketahanan peranti mungkin terjejas teruk.

Ciri Elektrik

Data berikut memberitahu kami mengenai berbagai terminologi dan parameter yang terlibat dengan IGBT, yang biasanya digunakan untuk menjelaskan dan memahami cara kerja IGBT secara terperinci.

Pemungut arus, Pembuangan Pemungut : Rajah 3 menunjukkan bentuk gelombang suhu pembuangan pengumpul IGBT RBN40H125S1FPQ. Penyebaran pengumpul maksimum yang ditoleransi ditunjukkan untuk pelbagai suhu kes yang berbeza.

Rumus yang ditunjukkan di bawah ini dapat digunakan dalam keadaan apabila suhu persekitaran TC = 25 darjah Celsius atau lebih.

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

Untuk keadaan di mana suhu persekitaran TC = 25 ℃ atau lebih rendah, pelesapan pengumpul IGBT digunakan sesuai dengan penilaian maksimum mutlak mereka.

Formula untuk mengira arus pengumpul IGBT adalah:

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

Namun di atas adalah formula umum, hanyalah pengiraan suhu yang bergantung pada peranti.

Arus pemungut IGBT ditentukan oleh voltan tepu pemungut / pemancarnya VCE (sat), dan juga bergantung pada keadaan semasa dan suhu mereka.

Selain itu, arus pemungut (puncak) IGBT ditentukan oleh jumlah arus yang dapat dikendalikannya yang seterusnya bergantung pada cara pemasangan dan kebolehpercayaannya.

Atas sebab itu, pengguna dinasihatkan untuk tidak melebihi had maksimum IGBT yang boleh diterima semasa menggunakannya dalam aplikasi litar tertentu.

Sebaliknya, walaupun arus pemungut mungkin lebih rendah daripada nilai maksimum peranti, ia mungkin dihalang oleh suhu persimpangan unit atau kawasan operasi yang selamat.

Oleh itu, pastikan anda mempertimbangkan senario ini semasa melaksanakan IGBT. Kedua-dua parameter, arus pemungut dan pembuangan pengumpul biasanya ditetapkan sebagai penilaian maksimum peranti.

Kawasan Operasi Selamat

The

SOA IGBT terdiri daripada SOA bias maju dan SOA bias terbalik, namun kerana rentang nilai tertentu mungkin berbeza sesuai dengan spesifikasi peranti, pengguna disarankan untuk mengesahkan fakta yang setara dalam lembaran data.

Kawasan Operasi Selamat Hadapan Bias

Rajah 5 menggambarkan kawasan operasi selamat bias ke depan (FBSOA) IGBT RBN50H65T1FPQ.

SOA dibahagikan kepada 4 wilayah bergantung pada batasan tertentu, seperti yang dijelaskan di bawah:

• Kawasan yang dihalang oleh IC arus nadi pengumpul tertinggi (puncak).
• Kawasan yang dibatasi oleh wilayah penyebaran pengumpul
• Kawasan dihalang oleh kerosakan sekunder. Ingat bahawa kerosakan seperti ini menyebabkan kawasan operasi IGBT yang selamat menjadi lebih sempit, kecuali apabila peranti ini mempunyai margin kerosakan sekunder.
• Kawasan yang dibatasi oleh pemungut maksimum ke peringkat VCES voltan pemancar.

Kawasan Operasi Selamat Reverse Bias

Rajah 6 menunjukkan kawasan operasi selamat bias terbalik (RBSOA) IGBT RBN50H65T1FPQ.

Ciri khas ini sesuai dengan SOA bias terbalik transistor bipolar.

Bilamana bias terbalik, yang tidak termasuk bias, dibekalkan di seberang pintu dan pemancar IGBT semasa tempoh mematikannya untuk beban induktif, kita dapati voltan tinggi dihantar ke pemancar pemungut IGBT.

Pada masa yang sama, arus yang besar sentiasa bergerak sebagai akibat dari lubang baki.

Oleh itu, dalam fungsi ini bias maju SOA tidak dapat digunakan, sedangkan SOA bias terbalik dapat digunakan.

SOA bias terbalik terbahagi kepada 2 kawasan larangan, seperti yang dijelaskan dalam perkara berikut akhirnya kawasan tersebut dibentuk dengan mengesahkan prosedur fungsi sebenar IGBT.

1. Kawasan yang dibatasi oleh arus maksimum pemungut puncak Ic (puncak).
2. Kawasan yang dibatasi oleh penarafan voltan pemungut-pemancar maksimum VCES. Perhatikan bahawa IGBT mungkin mengalami kerosakan jika lintasan operasi VCEIC yang ditentukan menjauh dari spesifikasi SOA peranti.

Oleh itu, semasa merancang litar berasaskan IGBT , mesti dipastikan bahawa masalah penyebaran dan prestasi lain sesuai dengan batas yang disyorkan, dan juga ciri khas dan pemalar kerosakan litar yang berkaitan dengan toleransi kerosakan mesti dijaga.

Sebagai contoh, SOA bias terbalik membawa ciri suhu yang merosot pada suhu yang melampau, dan lokus operasi VCE / IC bergeser sesuai dengan rintangan gerbang RGB dan voltan VGE IGBT.

Itulah sebabnya, sangat penting untuk menentukan parameter Rg dan VGE berkenaan dengan ekosistem kerja dan nilai rintangan gerbang terendah semasa tempoh mati.

Selain itu, litar snubber dapat membantu mengendalikan dv / dt VCE.

Ciri-ciri Statik

Rajah 7 menunjukkan ciri output IGBT RBN40H125S1FPQ. Gambar mewakili voltan pemungut-pemancar sementara arus pemungut melewati dalam keadaan voltan pintu rawak.

Voltan pemungut pemungut, yang mempengaruhi kecekapan pengendalian semasa dan kehilangan semasa keadaan ON ON, berbeza mengikut voltan pintu dan suhu badan.

Semua parameter ini perlu diambil kira semasa merancang litar pemacu IGBT.

Arus naik setiap kali VCE mencapai nilai 0,7 hingga 0,8 V, walaupun ini disebabkan oleh voltan hadapan dari simpang PN pemungut-pemancar PN.

Rajah 8 menunjukkan voltan tepu pemungut pemancar vs ciri voltan pintu IGBt RBN40H125S1FPQ.

Pada dasarnya, VCE (sat) mula menurun ketika voltan pemancar pintu masuk VGE meningkat, walaupun perubahannya adalah nominal sementara VGE = 15 V atau lebih tinggi. Oleh itu, disarankan untuk bekerja dengan voltan gerbang / pemancar VGE sekitar 15 V, bila mungkin.

Rajah 9 menunjukkan arus voltan pengumpul vs voltan pintu IGBT RBN40H125S1FPQ.

Ciri IC / VGE didasarkan pada perubahan suhu, namun wilayah voltan gerbang rendah menuju titik persimpangan, cenderung menjadi pekali suhu negatif, sementara wilayah voltan gerbang tinggi menandakan pekali suhu positif.

Memandangkan bahawa IGBT kuasa akan menghasilkan haba semasa beroperasi, sebenarnya lebih menguntungkan untuk memperhatikan kawasan pekali suhu positif terutamanya apabila peranti dikendalikan secara selari .

The keadaan voltan pintu yang disyorkan menggunakan VGE = 15V menunjukkan ciri suhu positif.

Gambar 10 dan 11 menunjukkan bagaimana prestasi voltan tepu pemungut-pemancar, bersama dengan voltan ambang pintu
IGBT bergantung pada suhu.

Oleh kerana voltan tepu pemungut pemancar mempunyai ciri pekali suhu positif, tidak mudah arus dilalui semasa operasi IGBT membuang suhu yang tinggi, yang menjadi tanggungjawab untuk menyekat arus efektif semasa operasi IGBT selari.

Sebaliknya, operasi voltan ambang pintu pemancar bergantung pada ciri suhu negatif.

Semasa pembuangan haba yang tinggi, voltan ambang jatuh ke bawah, menyebabkan kemungkinan kerosakan fungsi peranti lebih tinggi terhasil dari penghasilan bunyi.

Oleh itu, ujian penuh perhatian yang berpusat pada ciri-ciri yang dinyatakan di atas mungkin sangat penting.

Ciri Kapasiti Gerbang

Ciri Caj: Rajah 12 menunjukkan ciri cas gerbang peranti IGBT stabdard.

Ciri-ciri gerbang IGBT pada dasarnya sesuai dengan prinsip yang sama yang digunakan untuk MOSFET kuasa dan menyediakan sebagai pemboleh ubah yang menentukan arus pemacu peranti dan pembuangan pemacu.

Rajah 13 menunjukkan keluk ciri, dibahagikan kepada Tempoh 1 hingga 3.
Prosedur kerja yang berkaitan dengan setiap tempoh dijelaskan di bawah.

Tempoh 1: Voltan gerbang dinaikkan ke voltan ambang di mana arus mula mengalir.

Bahagian yang naik dari VGE = 0V adalah bahagian yang bertanggungjawab untuk mengecas kapasiti pemancar gerbang Cge.

Tempoh 2: Walaupun peralihan dari kawasan aktif ke kawasan tepu berlaku, voltan pemungut-pemancar mula berubah dan kapasiti pemungut gerbang dikenakan Cgc.

Periode tertentu ini hadir dengan peningkatan kapasitansi yang ketara kerana kesan cermin, yang menyebabkan VGE menjadi berterusan.

Sebaliknya sementara IGBT sepenuhnya dalam keadaan ON, perubahan voltan merentas pemungut pemancar (VCE) dan kesan cermin hilang.

Tempoh 3: Dalam tempoh tertentu IGBT memasuki keadaan tepu sepenuhnya dan VCE tidak menunjukkan perubahan. Sekarang, voltan pemancar gerbang VGE mula meningkat dengan masa.

Cara Menentukan Arus Pemacu Gerbang

Arus pemacu gerbang IGBT bergantung pada rintangan siri gerbang dalaman, rintangan sumber isyarat Rs dari litar pemacu, elemen rg yang merupakan rintangan dalaman peranti, dan voltan pemacu VGE (ON).

Arus pemacu gerbang dikira menggunakan formula berikut.

IG (puncak) = VGE (on) / Rg + Rs + rg

Mengingat perkara di atas, IGBT litar output pemacu harus dibuat memastikan potensi pemacu semasa bersamaan, atau lebih besar daripada IG (puncak).

Biasanya, arus puncak kebetulan lebih kecil daripada nilai yang ditentukan menggunakan formula, kerana kelewatan yang terlibat dalam litar pemacu dan juga kelewatan kenaikan arus gerbang dIG / dt.

Ini mungkin berlaku kerana aspek seperti induktansi pendawaian dari litar pemacu ke titik sambungan gerbang peranti IGBT.

Selain itu, sifat menukar untuk setiap menghidupkan dan mematikan mungkin sangat bergantung pada Rg.

Ini akhirnya mungkin mempengaruhi masa beralih dan kekurangan defisit. Sangat penting untuk memilih Rg yang sesuai berkenaan dengan ciri peranti yang digunakan.

Pengiraan Kerugian Pemacu

Kerugian yang berlaku dalam litar pemandu IGBT dapat digambarkan melalui formula yang diberikan di bawah ini jika semua kerugian yang dikembangkan dari litar pemacu diserap oleh faktor rintangan yang dibincangkan di atas. ( f menunjukkan frekuensi beralih).

P (Kerugian Pemacu) = VGE (aktif) × Qg × f

Menukar Ciri

Memandangkan IGBT adalah komponen beralih, suisnya ON, kelajuan OFF OFF adalah antara faktor utama yang mempengaruhi kecekapan operasi (kerugian).

Rajah 16 menunjukkan litar yang boleh digunakan untuk mengukur peralihan Beban Induktansi IGBT.

Oleh kerana pengapit diod disambungkan selari dengan beban induktif L, kelewatan pengaktifan IGBT (atau kehilangan giliran) biasanya disebabkan oleh ciri masa pemulihan diod.

Masa Beralih

Waktu Beralih IGBT, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 17, dapat dikategorikan menjadi 4 periode pengukuran.

Kerana kenyataan bahawa waktu berubah secara drastik untuk setiap periode sehubungan dengan situasi Tj, IC, VCE, VGE, dan Rg, tempoh ini dinilai dengan keadaan yang digariskan berikut.

• td (hidup) (masa kelewatan menghidupkan) : Titik masa dari mana voltan pemancar pintu meluas hingga 10% voltan bias ke hadapan ke tahap sehingga arus pemungut meningkat hingga 10%.
• tr (masa kenaikan) : Masa dari mana arus pemungut meningkat dari 10% hingga 90%.
• td (mati) (masa kelewatan mematikan) : Titik masa dari mana voltan pemancar gerbang mencapai 90% voltan bias ke hadapan ke tahap sehingga arus pemungut turun ke 90%.
• tf (masa jatuh) : Masa dari mana arus pemungut berkurang dari 90% hingga 10%.
• ekor (masa ekor) : Tempoh mematikan IGBT terdiri daripada waktu ekor (ekor). Ini dapat ditakrifkan sebagai masa yang digunakan oleh sisa pembawa yang tersisa di sisi pemungut IGBT untuk surut melalui pengumpulan semula walaupun IGBT ditutup dan menyebabkan voltan pemungut-pemancar meningkat.

Ciri-ciri Diod terbina dalam

Berbeza dengan MOSFET kuasa, yang IGBT tidak melibatkan diod parasit .

Hasilnya, IGBT bersepadu yang dilengkapi dengan cip Fast Recovery Diode (FRD) yang telah dipasang sebelumnya digunakan untuk kawalan caj induktansi pada motor dan aplikasi yang serupa.

Dalam jenis peralatan ini, kecekapan kerja kedua-dua IGBT dan diod pra-pemasangan secara signifikan mempengaruhi kecekapan kerja peralatan dan penjanaan gangguan bunyi.

Selain itu, kualiti pemulihan terbalik dan voltan hadapan adalah parameter penting yang berkaitan dengan diod terbina dalam.

Ciri Pemulihan Terbalik Diod Built-in

Pembawa minor pekat dikeluarkan semasa keadaan beralih tepat ketika arus ke hadapan melewati diod sehingga keadaan unsur terbalik dicapai.

Masa yang diperlukan untuk pembawa minoriti ini dilepaskan sepenuhnya dikenali sebagai masa pemulihan terbalik (trr).

Arus operasi yang terlibat sepanjang masa ini disebut sebagai arus pemulihan terbalik (Irr), dan nilai integral dari kedua selang ini dikenali sebagai caj pemulihan terbalik (Qrr).

Qrr = 1/2 (Irr x trr)

Memandangkan jangka waktu trr sama pendek, ia melibatkan kerugian yang besar.

Selain itu, ia mengehadkan frekuensi sepanjang proses pensuisan. Secara keseluruhan, trr cepat dan Irr yang dikurangkan (Qrris kecil) dianggap optimum.

Kualiti ini sangat bergantung pada arus bias maju IF, diF / dt, dan suhu persimpangan Tj IGBT.

Sebaliknya, jika trr menjadi lebih cepat, di / dt mengakibatkan lebih curam sekitar masa pemulihan, seperti yang berlaku dengan voltan pemungut-pemancar yang sesuai dv / dt, yang menyebabkan peningkatan kecenderungan untuk menghasilkan bunyi.

Berikut adalah contoh-contoh yang menyediakan cara-cara bagaimana penghasilan bunyi dapat diatasi.

1. Kurangkan diF / dt (kurangkan masa pengalihan IGBT).
2. Sertakan kapasitor snubber di seluruh pemungut dan pemancar peranti untuk meminimumkan voltan pemungut-pemancar dv / dt.
3. Gantikan diod terbina dalam dengan beberapa diod pemulihan lembut.

Properti pemulihan terbalik bergantung pada kapasiti toleransi voltan / semasa peranti.

Ciri ini dapat ditingkatkan dengan menggunakan pengurusan seumur hidup, penyebaran logam yang besar dan pelbagai teknik lain.

Ciri-ciri Voltan Hadapan Diod Built-in

Rajah 19 menunjukkan ciri output diod terbina dalam IGBT standard.

Voltan hadapan diod VF menandakan voltan menurun yang dihasilkan ketika arus IF melalui diod berjalan ke arah penurunan voltan hadapan diod.

Oleh kerana ciri ini boleh mengakibatkan kehilangan kuasa semasa penjanaan EMF belakang (diod roda bebas) dalam aplikasi motor atau induktif, disarankan memilih VF yang lebih kecil.

Selain itu, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 19, ciri pekali suhu positif dan negatif ditentukan oleh magnitud arus hadapan diod IF.

Ciri-ciri Rintangan Termal

Rajah 20 menggambarkan ciri rintangan IGBT terhadap transien terma dan diod bersepadu.

Ciri ini digunakan untuk menentukan suhu persimpangan Tj IGBT. Lebar nadi (PW) yang ditunjukkan di atas paksi mendatar menandakan masa beralih, yang menentukan nadi satu pukulan tunggal dan hasil operasi berulang.

Contohnya, PW = 1ms dan D = 0.2 (cycle cycle = 20%) menandakan bahawa frekuensi pengulangan adalah 200Hz kerana tempoh pengulangan adalah T = 5ms.

Sekiranya kita membayangkan PW = 1ms dan D = 0.2, dan daya pelesapan Pd = 60W, adalah mungkin untuk menentukan kenaikan suhu persimpangan IGBT ΔTj dengan cara berikut:
ΔTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0.17 = 10.2

Muatkan Ciri Litar Pendek

Aplikasi yang memerlukan litar beralih IGBT yang disambungkan seperti penyongsang, litar perlindungan litar pintas (arus lebih) menjadi mustahak untuk menahan dan melindungi daripada kerosakan pada masa itu sehingga voltan gerbang IGBT dimatikan, walaupun dalam keadaan litar pintas keluaran unit .

Rajah 21 dan 22 menunjukkan masa galas litar pintas dan kapasiti pengendalian arus litar pintas IGBT RBN40H125S1FPQ.

Litar pintas ini dengan kapasiti IGBT biasanya dinyatakan berkaitan dengan waktu tSC.

Keupayaan bertahan ini ditentukan terutamanya berdasarkan voltan pemancar pintu, suhu badan, dan voltan bekalan kuasa IGBT.

Perkara ini semestinya dilihat semasa merancang reka bentuk litar IGBT H-bridge yang kritikal.

Selain itu, pastikan untuk memilih peranti IGBT yang dinilai optimum dari segi parameter berikut.

1. Voltan pemancar gerbang VGE : Dengan peningkatan voltan gerbang, arus litar pintas juga meningkat dan kapasiti pengendalian arus peranti menurun.
2. Suhu kes : Dengan kenaikan suhu kes ΔTj IGBT, kapasiti tahan arus menurun, sehingga peranti mencapai keadaan kerosakan. Voltan bekalan kuasa
3. VCC: Apabila voltan bekalan input ke peranti meningkat arus litar pintas juga meningkat menyebabkan kapasiti tahan arus peranti merosot.

Tambahan pula, semasa litar pintas atau litar perlindungan beban berlebihan merasakan arus litar pintas dan mematikan voltan pintu, arus litar pintas sebenarnya sangat besar daripada magnitud arus operasi standard IGBT.

Semasa proses mematikan dengan arus besar ini menggunakan rintangan gerbang standard Rg, ia mungkin menyebabkan pengembangan voltan lonjakan besar, melebihi peringkat IGBT.

Atas sebab ini, anda mesti memilih rintangan gerbang IGBT yang sesuai untuk mengatasi keadaan litar pintas, sekurang-kurangnya 10 kali lebih tinggi daripada nilai rintangan gerbang biasa (namun tetap berada di dalam nilai SOA bias hadapan).

Ini adalah untuk mengatasi penghasilan voltan lonjakan di seluruh LED pemungut-pemancar IGBT dalam tempoh semasa arus litar pintas terputus.

Selain itu, masa tahan litar pintas tSC boleh menyebabkan pengagihan lonjakan pada peranti bersekutu yang lain.

Perhatian mesti diambil untuk memastikan margin yang mencukupi minimum 2 kali dari jangka masa standard yang diperlukan agar litar perlindungan litar pintas mula beroperasi.

Suhu Persimpangan Maksimum Tjmax untuk 175 ℃

Penarafan maksimum mutlak untuk suhu persimpangan kebanyakan alat semikonduktor Tj adalah 150 but, tetapi Tjmax = 175 ℃ ditetapkan mengikut keperluan untuk peranti generasi baru untuk menahan peningkatan spesifikasi suhu.
.
Jadual 3 menunjukkan contoh keadaan ujian yang baik untuk IGBT RBN40H125S1FPQ yang direka untuk menahan 175 ℃ semasa beroperasi pada suhu kes tinggi.

Untuk menjamin operasi yang berkesan pada Tjmax = 175 ℃, banyak parameter untuk ujian konsistensi standard pada 150 ℃ telah diperbaiki dan pengesahan operasi dilakukan.

Walaupun begitu, alasan pengujian berkisar pada spesifikasi peranti.

Pastikan anda mengesahkan data kebolehpercayaan yang berkaitan dengan peranti yang mungkin anda gunakan, untuk maklumat tambahan.

Begitu juga ingat bahawa nilai Tjmax bukan hanya sekatan untuk bekerja tetap, tetapi juga spesifikasi untuk peraturan yang tidak boleh dilampaui bahkan untuk sesaat.

Keselamatan terhadap pelesapan suhu tinggi, walaupun untuk sesaat untuk IGBT, semasa pertukaran ON / OFF mesti dipertimbangkan dengan ketat.

Pastikan untuk bekerjasama dengan IGBT di persekitaran yang sama sekali tidak melebihi suhu kes kerosakan maksimum Tj = 175 ℃.

Kerugian IGBT

Kerugian Konduksi: Semasa menghidupkan beban induktif melalui IGBT, kerugian yang ditanggung pada dasarnya dikategorikan sebagai kehilangan konduksi dan kehilangan pengalihan.

Kerugian yang berlaku sebaik sahaja IGBT dihidupkan sepenuhnya disebut kehilangan konduksi, sementara kerugian yang berlaku pada masa pengalihan IGBT dari ON ke OFF atau OFF ke ON dikenali sebagai kehilangan kerugian.

Oleh kerana hakikatnya, kerugian bergantung pada pelaksanaan voltan dan arus seperti yang ditunjukkan dalam formula yang diberikan di bawah ini, kerugian timbul sebagai akibat daripada kesan voltan tepu pemancar-pemancar VCE (sat), walaupun perangkat sedang melakukan.

VCE (sat) semestinya minimum, kerana kehilangannya boleh menyebabkan penjanaan haba dalam IGBT.
Kerugian (P) = voltan (V) × arus (I)
Kehilangan pusingan: P (AKTIF) = VCE (sat) × IC

Kehilangan Beralih: Oleh kerana kehilangan IGBT sukar untuk dianggarkan menggunakan masa beralih, jadual rujukan digabungkan dalam lembar data yang berkaitan untuk membantu pereka litar menentukan kehilangan suis.

Rajah 24 di bawah menunjukkan ciri-ciri kehilangan peralihan untuk IGBT RBN40H125S1FPQ.

Faktor Eon dan Eoff sangat dipengaruhi oleh arus pemungut, rintangan pintu, dan suhu operasi.

Eon (Kehilangan tenaga aktif)

Jumlah kerugian yang dikembangkan semasa proses menghidupkan IGBT untuk beban induktif, bersama dengan kehilangan pemulihan pada pemulihan diod terbalik.

Eon dikira dari titik ketika voltan gerbang dihidupkan ke IGBT dan arus pemungut mula bergerak, sehingga titik ketika IGBT sepenuhnya dipindahkan ke keadaan ON yang dihidupkan

Eoff (Matikan tenaga

Ini adalah besarnya kerugian yang dihasilkan dalam tempoh mematikan beban induktif, yang merangkumi arus ekor.

Eoff diukur dari titik di mana arus gerbang baru terputus dan voltan pemungut-pemancar mula naik, sehingga titik di mana IGBT mencapai keadaan MATI yang lengkap.

Ringkasan

Peranti transistor bipolar gerbang bertebat (IGTB) adalah sejenis peranti semikonduktor kuasa tiga terminal yang pada dasarnya digunakan sebagai suis elektronik dan juga terkenal kerana memberikan kombinasi pensuisan yang sangat pantas dan kecekapan tinggi pada peranti yang lebih baru.

IGBT untuk Aplikasi Semasa Tinggi

Pelbagai peralatan moden seperti VFD (Vaiable Frequency Drives), VSF (peti sejuk kelajuan berubah-ubah), kereta api, sistem stereo dengan penguat beralih, kereta elektrik, dan penghawa dingin menggunakan transistor bipolar gerbang bertebat untuk menukar kuasa elektrik.

Simbol mod penipisan IGBT

Sekiranya penguat menggunakan transistor bipolar gerbang bertebat sering mensintesis bentuk gelombang yang sifatnya kompleks bersama dengan penapis lulus rendah dan modulasi lebar nadi kerana transistor bipolar gerbang bertebat pada dasarnya direka untuk menghidupkan dan mematikan dengan pantas dan cepat.

Kadar pengulangan nadi dibanggakan oleh peranti moden yang terdiri daripada aplikasi beralih dan berada dalam jarak ultrasonik yang merupakan frekuensi sepuluh kali lebih tinggi daripada frekuensi audio tertinggi yang dikendalikan oleh peranti ketika peranti digunakan dalam bentuk penguat audio analog.

MOSFET yang terdiri daripada arus tinggi dan ciri-ciri pemacu gerbang sederhana digabungkan dengan transistor bipolar yang mempunyai kapasiti voltan tepu rendah oleh IGTB.

IGBT adalah Gabungan BJT dan Mosfet

Satu peranti dibuat oleh IGBT dengan menggabungkan transistor kuasa bipolar yang berfungsi sebagai suis dan FET gerbang terpencil yang bertindak sebagai input kawalan.

Transistor bipolar gerbang bertebat (IGTB) digunakan terutamanya dalam aplikasi yang terdiri daripada pelbagai peranti yang diletakkan selari antara satu sama lain dan kebanyakan masa mempunyai keupayaan untuk menangani arus yang sangat tinggi yang berada dalam jarak beratus-ratus ampere bersamaan dengan voltan sekatan 6000V, yang pada gilirannya sama dengan ratusan kilowatt menggunakan kuasa sederhana hingga tinggi seperti pemanasan aruhan, bekalan kuasa mod suis, dan kawalan motor daya tarikan. Transistor bipolar gerbang bertebat yang bersaiz besar.

IGBT adalah Transistor Paling Canggih

Transistor bipolar gerbang bertebat (IGTB) adalah penemuan baru dan terkini pada masa itu.

Peranti generasi pertama yang dicipta dan dilancarkan pada tahun 1980-an dan tahun-tahun awal tahun 1990-an didapati mempunyai proses peralihan yang perlahan dan cenderung mengalami kegagalan melalui mod yang berbeza seperti pengait (di mana peranti akan terus dihidupkan dan tidak dihidupkan mati sehingga arus terus mengalir melalui peranti), dan kerosakan sekunder (di mana apabila arus tinggi mengalir melalui peranti, titik panas yang terdapat di dalam peranti masuk ke pelarian termal dan akibatnya membakar peranti).

Terdapat banyak peningkatan yang diperhatikan pada peranti generasi kedua dan peranti paling baru di blok ini, peranti generasi ketiga dianggap lebih baik daripada peranti generasi derek pertama.

Mosfets Baru Bersaing dengan IGBT

Peranti generasi ketiga terdiri daripada MOSFET dengan kecepatan berputar, dan toleransi dan kekasaran tahap yang sangat baik.

Peranti generasi kedua dan ketiga terdiri daripada peringkat nadi yang sangat tinggi yang menjadikannya sangat berguna untuk menghasilkan denyut daya yang besar di pelbagai bidang seperti fizik plasma dan zarah.

Oleh itu, peranti generasi kedua dan ketiga telah menggantikan kebanyakan peranti lama seperti jurang percikan yang dicetuskan dan tiratron yang digunakan dalam bidang fizik dan zarah plasma ini.

Peranti ini juga menjadi daya tarikan bagi penggemar voltan tinggi kerana sifat penarafan nadi tinggi dan ketersediaan di pasaran dengan harga rendah.

Ini membolehkan penggemar untuk mengawal sejumlah besar kuasa untuk menggerakkan peranti seperti gegelung dan gegelung Tesla.

Transistor bipolar gerbang terlindung boleh didapati pada julat harga yang berpatutan dan dengan itu bertindak sebagai pemboleh penting untuk kereta hibrid dan kenderaan elektrik.

Dengan hormat: Renesas