K čemu slouží IGBT tranzistor?

Tranzistor je polovodičové zařízení, které se používá ke generování, převodu, zesilování a spínání elektrického signálu. Toto zařízení se aktivně používá v moderních elektronických zařízeních, čipech a digitálních mikroobvodech.

Jedná se o kompaktní triodu s velmi malými rozměry. Tranzistory jsou vytvořeny na bázi křemíku nebo germania. Existují různé typy těchto zařízení. Za prvé, tranzistory jsou rozděleny do dvou velkých skupin: pole s efektem pole a bipolární. Vzhledem k tomu, že tranzistory jsou poměrně oblíbené součástky v různých oborech, zabývá se jejich výrobou mnoho společností. Kupující má velký výběr těchto zařízení s různými vlastnostmi a vlastnostmi.

Vlastnosti IGBT tranzistorů

Výkonový tranzistor IGBT je hybridní zařízení, které se používá jako elektronický klíč pro obvody s vysokým výkonem. Dekódování přeložené z angličtiny je následující: bipolární tranzistor s izolovaným hradlem. Ruská obdoba této zkratky, která se někdy také používá, je tedy IGBT.

Tranzistory tohoto typu mají celou řadu aplikací. Používají se zejména v automatizačních systémech pro technické procesy, používané v průmyslových energetických zařízeních, nepřerušitelné zdroje napájení .

IGBT tranzistory jsou zařízení, která jsou pro oblast výkonové elektroniky prostě nezbytná. Tyto komponenty vyrábí mnoho známých evropských značek, ale i čínské a americké společnosti. Pokud potřebujete levná zařízení, která kombinují potenciál bipolárních a polních tranzistorů, měli byste věnovat pozornost Čínské IGBT tranzistory . Čínské značky vyrábějí produkty, které mají poměrně dobrý poměr ceny a kvality, plně plní své cíle.

Tranzistory tohoto typu mají řadu důležitých výhod:

• nízké parametry zbytkového napětí během používání;
• minimální řídicí proud, stejně jako vysoký vstupní odpor;
• ovládání se provádí napětím, nikoli proudem.

Stojí za zmínku, že zařízení tohoto typu mohou mít malé provozní ztráty při nejvyšších napětích a proudech.

Výrobci

Jak jsme si již řekli, vzhledem k poptávce po těchto typech tranzistorů se jejich výrobou zabývá velké množství firem. Jednou z předních společností, která vyrábí tranzistory, je Advanced Power Technologies, která je dnes součástí Microsemi Corporation. Společnost má poměrně bohaté zkušenosti s výrobou vysoce spolehlivých diskrétních součástek. Dnes společnost vyrábí různé typy elektronických součástek, zejména diskrétní polovodiče a také integrované obvody. Kromě IGBT tranzistorů zahrnuje sortiment značky různé typy diod: s rychlou obnovou a na bázi Schottkyho bariéry, vysoce výkonné tranzistory s efektem pole, modulární sestavy na bázi krystalů diskrétních součástek, vysokofrekvenční výkonové tranzistory s vysokým moc. Microsemi Corporation vyrábí produkty s vysokým potenciálem i pokročilými parametry, určené pro sektor obrany. Společnost mimo jiné vyrábí produkty pro vesmírné aplikace.

Jedním z oblíbených tranzistorových modelů tohoto výrobce je apt75gt120jrdq3 IGBT tranzistor 1200v 97a 480w sot227. Jedná se o moderní vysokonapěťovou elektrárnu modulu . Je založen na IGBT a také na jedné kostce.

Tento tranzistor je vyvinut na základě moderní technologie IGBT Thunderbolt. Dosahuje vysoké spínací frekvence, vynikající životnosti a nízkého úbytku napětí. Mezi jeho přednosti patří také rychlé spínání, velmi nízké svodové proudy a minimální hodnoty zbytkového proudu.

Další známou firmou, která vyrábí tranzistory, je Toshiba. Tato velká japonská společnost má poměrně širokou škálu zařízení. Jednou z oblastí činnosti společnosti je výroba diskrétních polovodičů. V katalogu značky nechybí ani IGBT tranzistory. Tyto tranzistory od společnosti Toshiba jsou široce používány ve vysokorychlostních zařízeních pro správu energie s vysokým výkonem. Jedním z populárních modelů tranzistorů vyráběných japonskou značkou je IGBT tranzistor Toshiba st1500gxh24 . Toto zařízení je integrovaný tyristor s hradlem. Používá se pro povrchovou montáž do motoru pohony , stejně jako výkonové měniče.

Tranzistory v prodejně FGR

Tranzistory různých značek můžete zakoupit v obchodě FGR. Máme dobré ceny a velký výběr zboží. Kromě tranzistorů prodáváme také mnoho dalších typů zařízení a Příslušenství . Nakupujeme produkty přímo od výrobců, bez využití služeb zprostředkovatelů, což umožňuje jejich prodej konečnému spotřebiteli za nižší ceny, bez nadměrných přirážek. Doručení do měst v Ruské federaci je k dispozici.

Bipolární tranzistor s izolovaným hradlem (IGBT) je tříelektrodové výkonové polovodičové zařízení, které kombinuje dva tranzistory v jedné polovodičové struktuře: bipolární (BJT) (tvořící výkonový kanál) a tranzistor s efektem pole (MOSFET), tvořící řídicí kanál. . Řídicí elektroda se nazývá hradlo, jako tranzistor s efektem pole, a další dvě elektrody se nazývají emitor a kolektor, jako bipolární.

Protože IGBT je kombinací MOSFETu a konvenčního bipolárního tranzistorového tranzistoru, má výhody jak tranzistorů, tak MOSFETů. MOSFET má výhodu vysoké spínací rychlosti s vysokou impedancí a BJT má naopak výhodu vysokého zesílení a nízkého saturačního napětí a obě tyto výhody jsou přítomny v IGBT tranzistoru. IGBT je v podstatě napěťově řízený polovodič, který poskytuje velké proudy kolektor-emitor s téměř nulovým hradlovým proudem.

Používá se především jako výkonný elektronický spínač ve spínaných zdrojích, měničích a řídicích systémech elektrických pohonů. Vyrábí se jak jednotlivá IGBT zařízení, tak na nich založené výkonové sestavy (moduly).

IGBT ekvivalentní obvod a symbol

Obrázek níže ukazuje ekvivalentní obvod bipolárního tranzistoru s izolovaným hradlem. Stejná struktura obvodu je použita u Darlingtonova tranzistoru, kde jsou dva tranzistory zapojeny úplně stejným způsobem.

Jak můžeme vidět na obrázku, IGBT kombinuje dvě zařízení: N-kanálový MOSFET a PNP tranzistor. N-kanálový MOSFET řídí tranzistor PNP. Standardní vývod BJT zahrnuje kolektor, emitor, základnu, zatímco standardní vývod MOSFET zahrnuje hradlo, odtok a zdroj. Ale v případě IGBT tranzistorových vývodů je to hradlo, které pochází z N-kanálového MOSFETu a kolektor a emitor pocházejí z PNP tranzistoru.

V PNP tranzistoru tvoří kolektor a emitor vodivostní cestu, a když je IGBT zapnutý, protéká jím proud. Tato cesta je řízena N-kanálovým MOSFETem.

V případě bipolárního tranzistoru vypočítáme zesílení, označované jako Beta (β), vydělením výstupního proudu proudem vstupním.

β = Výstupní proud / Vstupní proud

Ale jak víme, MOSFET není zařízení ovládané proudem; Toto je napěťově řízené zařízení, přes bránu MOSFETu neprochází žádný vstupní proud. Stejný vzorec, který se používá pro výpočet zesílení bipolárních tranzistorů, tedy není použitelný pro technologii MOSFET. Brána MOSFETu je izolována od proudové cesty. Napětí hradla MOSFET změnilo vedení výstupního proudu. Zisk je tedy poměr změn výstupního napětí ke změnám vstupního napětí. To platí pro IGBT. Zisk IGBT je poměr změny výstupního proudu ke změně napětí vstupní brány.

Vzhledem k velkým proudům je velký proud bipolárního tranzistoru řízen hradlovým napětím MOSFETu.

Výše uvedený obrázek ukazuje symbol IGBT tranzistoru ve schématech zapojení. Jak vidíme, jeho označení zahrnuje kolektor-emitorovou část tranzistoru a hradlovou část MOSFETu. Tyto tři svorky jsou zobrazeny jako brána, kolektor a emitor.

Ve vodivém nebo zapnutém režimu proud teče z kolektoru do emitoru. Totéž se děje s bipolárním tranzistorem. Ale v případě IGBT je místo základny Brána. Rozdíl mezi napětím hradlo-emitor se nazývá Vge a rozdíl napětí mezi kolektorem a emitorem se nazývá Vce.

Proud emitoru (Ie) je téměř stejný jako proud kolektoru (Ic), Ie = Ic. Protože kolektorový a emitorový proud jsou relativně stejné, Vce je velmi malý.

Aplikace IGBT tranzistorů

IGBT se používá hlavně v aplikacích souvisejících s napájením. Standardní výkonové bipolární tranzistory mají velmi pomalou odezvu, zatímco MOSFETy jsou vhodné pro rychlé spínací aplikace, ale MOSFET je drahá volba, když je vyžadován vyšší jmenovitý proud. Proto je IGBT vhodný jako náhrada výkonových bipolárních tranzistorů a výkonových MOSFETů.

Kromě toho IGBT poskytuje nižší odpor při zapnutí ve srovnání s bipolárním tranzistorem a díky této vlastnosti je IGBT tepelně účinný ve vysoce výkonných aplikacích.

Bipolární tranzistory s izolovaným hradlem jsou široce používány v moderní elektronice. Vzhledem k jejich nízkému odporu při zapnutí, velmi vysokému jmenovitému proudu, vysoké spínací rychlosti a pohonu s nulovým hradlem se IGBT používají ve vysoce výkonných řídicích systémech motorů, invertorech, spínaných napájecích zdrojích s oblastmi vysokofrekvenční konverze.

Obrázek výše ukazuje použití IGBT tranzistoru pro spínání. RL je odporová zátěž připojená mezi IGBT emitor a zem. Rozdíl napětí na zátěži se označuje jako VRL. Zátěž může být i indukční. A na pravé straně je další schéma. Zátěž je připojena přes kolektor a proudový ochranný odpor je připojen k emitoru. V obou případech poteče proud z kolektoru do emitoru.

V případě bipolárního tranzistoru potřebujeme dodávat konstantní proud přes jeho bázi. Ale v případě IGBT, stejně jako v případě MOSFET, musíme zajistit, aby napětí hradla bylo konstantní a saturace byla udržována konstantní.

V levém případě rozdíl napětí VIN, což je rozdíl potenciálů mezi vstupem (gate) a zemí/VSS, řídí výstupní proud tekoucí z kolektoru do emitoru. Rozdíl napětí mezi VCC a GND je napříč zátěží téměř stejný.

V pravém obvodu závisí proud protékající zátěží na napětí děleném hodnotou RS.

Bipolární tranzistor s izolovaným hradlem (IGBT) lze zapnout a vypnout aktivací jeho hradla. Pokud přivedeme napětí na bránu pozitivnější, emitor IGBT udrží IGBT ve stavu „ON“ a pokud nastavíme napětí brány na záporné nebo nulové, IGBT zůstane ve stavu „OFF“ stát. To je stejné jako přepínání bipolárního tranzistoru a MOSFETu.

Charakteristika IGBT tranzistoru

Obrázek výše ukazuje proudově napěťové (I-V) charakteristiky bipolárního tranzistoru s izolovaným hradlem jako funkci různého hradlového napětí nebo Vge. Osa X označuje napětí kolektor-emitor nebo Vce a osa Y označuje proud kolektoru. Ve vypnutém stavu je proud protékající kolektorem a napětím hradla nulový. Když změníme Vge nebo hradlové napětí, zařízení přejde do aktivní oblasti. Stabilní a trvalé hradlové napětí zajišťuje nepřetržitý a stabilní proud kolektorem. Zvýšení Vge proporcionálně zvyšuje kolektorový proud: Vge3 > Vge2 > Vge3. BV je průrazné napětí IGBT.

I-V křivka IGBT tranzistoru je téměř totožná s přenosovou křivkou bipolárního tranzistoru, ale ukazuje Vge místo proudu, protože IGBT je napěťově řízené zařízení.

Následující obrázek ukazuje přenosovou charakteristiku IGBT tranzistoru. Je téměř totožná s přenosovou charakteristikou MOSFET. IGBT se zapne poté, co Vge překročí prahovou hodnotu v závislosti na specifikaci IGBT.

Zde je srovnávací tabulka, která nám dá jasnou představu o rozdílu mezi IGBT, výkonovým bipolárním tranzistorem a výkonovým MOSFETem.

Specifikace zařízení	IGBT	Výkonový MOSFET	Výkonový bipolární tranzistor
Stres	Více než 1 kV (velmi vysoké)	Méně než 1 kV (vysoké)	Méně než 1 kV (vysoké)
Ток	Více než 500 A (vysoké)	Méně než 200A (vysoké)	Méně než 500A (vysoké)
Vstupní zařízení	Napětí, Vge, 4-8V	Napětí, Vgs, 3-10V	Aktuální, hfe, 20-200
Vstupní impedance	vysoký	vysoký	chudý
výstupní impedance	chudý	průměrný	chudý
Rychlost přepínání	průměrný	Rychlé (ns)	Pomalé (μs)
Stát	Vysoký	Průměr	Nízká

Následující obrázek ukazuje použití IGBT tranzistoru pro spínání v obvodu.

Použití IGBT tranzistoru pro spínání je názorněji vidět na následujícím videu.