IGBT je kratki oblik bipolarnog tranzistora s izoliranim vratima, kombinacija bipolarnog spojnog tranzistora (BJT) i tranzistora s poljskim efektom od metalnog oksida (MOS-FET). To je poluvodički uređaj koji se koristi za prebacivanje povezanih aplikacija.
Kako je IGBT kombinacija MOSFET-a i tranzistora, ima prednosti oba tranzistora i MOSFET-a. MOSFET ima prednosti velike brzine prebacivanja s velikom impedancijom, a s druge strane BJT ima prednost visokog pojačanja i niskog napona zasićenja, oba su prisutna u IGBT tranzistoru. IGBT je naponski kontrolirani poluvodič koji omogućuje velike kolektorske emiterske struje s gotovo nultim strujnim pogonom.
Kao što je već rečeno, IGBT ima prednosti i MOSFET-a i BJT-a, IGBT ima izolirana vrata ista kao i tipični MOSFET-ovi i iste karakteristike prijenosa izlaza. Iako je BJT trenutno upravljani uređaj, ali za IGBT, kontrola ovisi o MOSFET-u, pa je to uređaj pod naponom, ekvivalentan standardnim MOSFET-ovima.
IGBT ekvivalentni krug i simbol
Na gornjoj slici prikazan je ekvivalentni krug IGBT-a. Ista je struktura kruga korištena u Darlingtonovom tranzistoru gdje su dva tranzistora spojena potpuno na isti način. Kao što vidimo gornju sliku, IGBT kombinira dva uređaja, N-kanalni MOSFET i PNP tranzistor. N-kanalni MOSFET pokreće PNP tranzistor. Standardni BJT pin out uključuje kolektor, emiter, bazu, a standardni MOSFET pin izlaz uključuje ulaz, odvod i izvor. Ali u slučaju IGBT tranzistora Pins, to je Gate, koji dolazi s N-kanalnog MOSFET-a, a kolektor i emiter dolaze s PNP tranzistora.
U PNP tranzistoru, kolektoru i emiteru je vodljiva staza i kad se IGBT uključi on se provodi i kroz njega provodi struju. Ovu putanju kontrolira N-kanalni MOSFET.
U slučaju BJT, izračunavamo dobitak koji je označen kao Beta (
Na gornjoj slici prikazan je simbol IGBT-a. Kao što vidimo, simbol uključuje tranzistorski dio emiterskog kolektora i MOSFET-ov ulazni dio. Tri terminala prikazana su kao ulaz, kolektor i odašiljač.
Kada je u provodnom ili uključenom načinu rada " ON ", protok struje od kolektora do emitora. Ista se stvar događa i s BJT tranzistorom. Ali u slučaju IGBT-a postoji Gate umjesto baze. Razlika između napona od ulaza do odašiljača naziva se Vge, a razlika napona između kolektora do odašiljača Vce.
Odašiljač struje (Ie) je skoro isti kao i kolektor struja (Ic), IE = Ic. Kako je protok struje relativno isti i u kolektoru i u emiteru, Vce je vrlo nizak.
Ovdje saznajte više o BJT i MOSFET-u.
Primjene IGBT-a:
IGBT se uglavnom koristi u aplikacijama vezanim uz napajanje. Standardni BJT-ovi imaju vrlo spora svojstva odziva, dok je MOSFET pogodan za brzo prebacivanje, ali MOSFET je skup izbor gdje je potrebna veća struja. IGBT je pogodan za zamjenu energetskih BJT-ova i Power MOSFET-ova.
Također, IGBT nudi niži otpor 'ON' u usporedbi s BJT-ima, a zbog ovog svojstva IGBT je toplinski učinkovit u aplikacijama vezanim uz veliku snagu.
IGBT aplikacije su ogromne u području elektronike. Zbog niskog otpora, vrlo velike struje, velike brzine prebacivanja, pogona s nultim vratima, IGBT se koriste u upravljanju motorom velike snage, pretvaračima, napajanom strujom s visokofrekventnim pretvaračkim područjima.
Na gornjoj je slici osnovna aplikacija za prebacivanje prikazana pomoću IGBT-a. RL je buntovna opterećenje spojen preko IGBT-a emiter na masu. Razlika napona na opterećenju označava se kao VRL. Opterećenje može biti i induktivno. A s desne strane prikazan je drugačiji krug. Opterećenje je povezano preko kolektora, gdje je kao strujna zaštita otpornik povezan preko emitora. Struja će teći od kolektora do emitora u oba slučaja.
U slučaju BJT-a, moramo dovoditi konstantnu struju preko baze BJT-a. Ali u slučaju IGBT-a, isto kao i MOSFET-u, moramo osigurati stalni napon na vratima i zasićenje se održava u konstantnom stanju.
Na lijevom slučaju, razlika napona, VIN, koja je potencijalna razlika ulaza (vrata) s uzemljenjem / VSS-om, kontrolira izlaznu struju koja teče od kolektora do odašiljača. Razlika napona između VCC i GND gotovo je ista na cijelom opterećenju.
Na desnom bočnom krugu struja koja teče kroz teret ovisi o naponu podijeljenom s vrijednosti RS.
I RL2 = V IN / R S
Izolirani vrata bipolarni tranzistor (IGBT) mogu se uključiti „ ON ” i „ OFF ” aktiviranjem vrata. Ako vrata učinimo pozitivnijima primjenom napona na vratima, IGBT-ov emiter održava IGBT u stanju " UKLJUČENO ", a ako vrata učinimo negativnim ili nulom, IGBT će ostati u stanju " ISKLJUČENO ". To je isto kao BJT i MOSFET prebacivanje.
Karakteristike krivulje i prijenosa IGBT IV
Na gornjoj slici prikazane su karakteristike IV ovisno o različitom naponu vrata ili Vge. Os X označuje kolektor emiter napona ili vCE a y-os označava struje. Tijekom isključenog stanja struja koja prolazi kroz kolektor i napon na vratima je nula. Kada promijenimo Vge ili napon na vratima, uređaj ulazi u aktivno područje. Stabilan i neprekidan napon na vratima osigurava neprekidan i stabilan protok struje kroz kolektor. Povećanje Vge proporcionalno povećava struju kolektora, Vge3> Vge2> Vge3. BV je probojni napon IGBT-a.
Ova je krivulja gotovo identična BJT-ovoj IV krivulji prijenosa, ali ovdje je prikazan Vge jer je IGBT uređaj pod naponom.
Na gornjoj slici prikazana je karakteristika prijenosa IGBT-a. Gotovo je identičan s PMOSFET-om. IGBT će prijeći u stanje " ON " nakon što je Vge veća od granične vrijednosti, ovisno o IGBT specifikaciji.
Evo tablice za usporedbu koja će nam dati poštenu sliku o razlici između IGBT-a s POWER BJT-ovima i Power MOSFET-ovima.
|
Karakteristike uređaja |
IGBT |
MOSFET snage |
SNAGA BJT |
|
Napon napona |
|||
|
Trenutna ocjena |
|||
|
Ulazni uređaj |
|||
|
Ulazna impedancija |
|||
|
Izlazna impedancija |
|||
|
Brzina prebacivanja |
|||
|
Trošak |
U sljedećem videu vidjet ćemo sklopni krug IGBT tranzistora.