Mis on IGBT: töö, lülitusomadused, SOA, väravatakisti, valemid

IGBT tähistab Isoleeritud värav-bipolaarne transistor , võimsusega pooljuht, mis sisaldab MOSFET-i omadused suure kiiruse, pingest sõltuva värava lülitamise ja a minimaalse ON-takistuse (madala küllastuspinge) omadused BJT .

Joonisel 1 on kujutatud IGBT samaväärne vooluring, kus bipolaarne transistor töötab koos MOS-värava arhitektiga, samas kui sarnane IGBT-vooluahel on tegelikult MOS-transistori ja bipolaarse transistori segu.

IGBT-sid, mis lubavad kiiret ümberlülitamiskiirust koos minimaalsete küllastuspinge omadustega, kasutatakse laias valikus alates kommertsrakendustest, näiteks päikeseenergia raketiseadmetes ja katkematu toiteallikas (UPS), kuni tarbeelektrooniliste väljadeni, näiteks temperatuuri reguleerimine induktsioonsoojendi pliidiplaadid , kliimaseadmete PFC, inverterid ja digikaamerate stroboskoobid.

Allpool olev joonis 2 näitab hinnangut IGBT, bipolaarse transistori ja MOSFETi sisemiste paigutuste ja atribuutide vahel. IGBT põhiraamistik on sama mis MOSFETil, mille äravoolu (kollektori) sektsiooni on pandud p + kiht ja lisaks pn ristmik.

Seetõttu, kui vähemusekandjaid (auke) kiputakse juhtivuse modulatsiooniga sisestama läbi p + kihi n-kihile, väheneb n-kihi takistus dramaatiliselt.

Järelikult pakub IGBT vähendatud määra küllastuspinge (väiksem ON-takistus) võrreldes MOSFET-iga, kui hakkama saada tohutu vooluga, võimaldades seeläbi minimaalseid juhtivuskaod.

Sellest lähtuvalt on IGBT konkreetse disaini tõttu keelatud vähemuste kandjate akumuleerumine väljalülitusperioodidel, arvestades aukude väljundvoolutrajektoori.

See olukord tekitab nähtust, mida nimetatakse sabavool , kus väljalülitamine aeglustub. Kui sabavool areneb, siis lülitub periood edasi ja hilineb rohkem kui MOSFETil, mille tulemuseks on IGBT väljalülitusperioodidel lülitusaja kadude suurenemine.

Absoluutne maksimaalne hinnang

Absoluutsed maksimaalsed spetsifikatsioonid on IGBT ohutu ja usaldusväärse rakendamise tagamiseks määratud väärtused.

Nimetatud absoluutsete maksimaalsete väärtuste ületamine kasvõi hetkeliselt võib seadme hävitada või laguneda, seetõttu töötage palun kindlasti IGBT-dega maksimaalsete lubatud piirnormide piires, nagu allpool soovitatud.

Rakenduse ülevaade

Isegi kui soovitatavad rakenduse parameetrid, nagu töötemperatuur / vool / pinge jms, jäävad absoluutsesse maksimaalsesse piiresse, juhul kui IGBT-le rakendatakse sageli liiga suurt koormust (äärmuslik temperatuur, suur vool / pinge, äärmuslikud temperatuurimuutused jne) seadme vastupidavus võib tõsiselt kahjustuda.

Elektrilised omadused

Järgmised andmed teavitavad meid IGBT-ga seotud erinevatest terminoloogiatest ja parameetritest, mida tavaliselt kasutatakse IGBT töö üksikasjalikuks selgitamiseks ja mõistmiseks.

Kollektori vool, kollektori hajumine : Joonis 3 näitab IGBT RBN40H125S1FPQ kollektori hajumistemperatuuri lainekuju. Kollektori maksimaalne talutav hajumine kuvatakse erinevatel juhtumite temperatuuridel.

Allpool näidatud valem on rakendatav olukordades, kui ümbritseva õhu temperatuur TC = 25 kraadi või rohkem.

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

Tingimustes, kus keskkonnatemperatuur TC on = 25 ℃ või madalam, rakendatakse IGBT kollektori hajumist vastavalt nende absoluutsele maksimaalsele väärtusele.

IGBT kollektori voolu arvutamise valem on:

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

Kuid ülaltoodud on üldine valem, on lihtsalt seadme temperatuurist sõltuv arvutus.

IGBT-de kollektorivoolu määrab nende kollektori / emitteri küllastuspinge VCE (sat) ning ka nende voolu- ja temperatuuritingimused.

Lisaks on IGBT kollektori vool (tipp) määratletud voolu hulga järgi, mida see suudab hallata, mis sõltub omakorda selle paigaldamise viisist ja töökindlusest.

Sel põhjusel soovitatakse kasutajatel mitte mingil juhul ületada IGBT-de maksimaalset lubatud piirmäära, kui nad neid antud vooluringi rakenduses kasutavad.

Teisest küljest, isegi kui kollektori vool võib olla madalam kui seadme maksimaalne nimiväärtus, võib seda piirata seadme ristmiku temperatuur või ohutu tööpiirkond.

Seetõttu arvestage IGBT juurutamisel kindlasti neid stsenaariume. Mõlemad parameetrid, kollektori vool ja kollektori hajumine on tavaliselt määratud seadme maksimaalseks reitinguks.

Ohutu tööpiirkond

The

IGBT SOA koosneb ettepoole kallutatud SOA-st ja vastupidise eelhäälega SOA-st, kuid kuna konkreetne väärtuste vahemik võib erineda vastavalt seadme spetsifikatsioonidele, soovitatakse kasutajatel kontrollida andmelehel samaväärseid fakte.

Edasine eelarvamuste ohutu tööpiirkond

Joonis 5 illustreerib IGBT RBN50H65T1FPQ ettepoole kallutatud ohutu tööala (FBSOA).

SOA on jagatud neljaks piirkonnaks, sõltuvalt konkreetsetest piirangutest, nagu on kirjeldatud allpool:

• Pindala, mida piirab kollektori kõrgeima impulssvoolu IC (tipp).
• Kollektori hajumispiirkonnaga piiratud ala
• Teise jaotusega piiratud ala. Pidage meeles, et selline rike muudab IGBT ohutu tööala kitsamaks, välja arvatud juhul, kui seadmel on sekundaarne jaotusvaru.
• Piirkond, mille maksimaalne kollektor on piiratud emitteri pingega VCES.

Tagurpidi kallutatud ohutu tööala

Joonisel 6 on näidatud IGBT RBN50H65T1FPQ vastupidine eelhälbe ohutu tööala (RBSOA).

See konkreetne omadus töötab kooskõlas bipolaarse transistori vastupidise eelhäälega SOA.

Kui induktsioonkoormuse väljalülitusperioodil antakse üle värava ja IGBT emitteri vastupidine eelarvamus, mis ei sisalda eelarvamusi, leiame, et IGBT kollektor-emitterile tarnitakse kõrgepinge.

Samaaegselt liigub jääkaugu tagajärjel pidevalt suur vool.

Sellest hoolimata ei saa selles toimimises kasutada eelhälvet SOA-d, samas kui kasutada saab vastupidist eelhälvet SOA-d.

Vastupidine eelarvamus SOA jaguneb kaheks piiratud alaks, nagu on selgitatud järgmistes punktides, lõpuks luuakse ala IGBT tegelike toimimisprotseduuride kinnitamise teel.

1. Pindala, mida piirab kollektori maksimaalne tippvool Ic (tipp).
2. Piirkond, mis on piiratud kollektori ja emitteri maksimaalse pinge lagunemise reitinguga VCES. Pange tähele, et IGBT võib kahjustuda, kui VCEIC-i määratud trajektoor eemaldub seadme SOA spetsifikatsioonidest.

Seega samal ajal kujundades IGBT-põhist vooluringi , tuleb tagada, et hajumine ja muud jõudlusprobleemid vastavad soovitatud piiridele, samuti tuleb hoolitseda purunemistolerantsiga seotud spetsiifiliste omaduste ja vooluahela konstantide eest.

Näiteks vastupidise eelhälbega SOA-l on temperatuuriomadus, mis langeb äärmuslikel temperatuuridel, ja VCE / IC tööpiirkond nihkub vastavalt IGBT värava takistusele Rg ja värava pingele VGE.

Seetõttu on ülioluline määrata Rg ja VGE parameetrid, mis on seotud töötava ökosüsteemi ja madalaima värava takistuse väärtusega väljalülitusperioodidel.

Lisaks võib dv / dt VCE juhtimiseks olla abiks lühike vooluring.

Staatilised omadused

Joonis 7 näitab IGBT RBN40H125S1FPQ väljundomadusi. Pilt kujutab kollektori-emitteri pinget, samal ajal kui kollektori vool läbib juhuslikku värava pinge olukorda.

Kollektori-emitteri pinge, mis mõjutab praegust käitlemise efektiivsust ja kadusid sisselülitamise ajal, varieerub vastavalt värava pingele ja kehatemperatuurile.

Kõiki neid parameetreid tuleb IGBT draiveri vooluahela kujundamisel arvesse võtta.

Vool tõuseb alati, kui VCE jõuab väärtuseni 0,7 kuni 0,8 V, kuigi see on tingitud PN-kollektori-emitteri PN-ristmiku otsepingest.

Joonis 8 näitab IGBt RBN40H125S1FPQ kollektori-emitteri küllastuspinge ja värava pinge omadusi.

Põhimõtteliselt hakkab VCE (sat) langema, kui värava-emitteri pinge VGE tõuseb, kuigi muutus on nominaalne, samas kui VGE = 15 V või kõrgem. Seetõttu on soovitatav töötada värava / emitteri pingega VGE, mis on umbes 15 V, võimaluse korral.

Joonisel 9 on näidatud IGBT RBN40H125S1FPQ kollektori voolu ja värava pinge omadused.

IC / VGE karakteristikud põhinevad temperatuuri muutustel, kuid madala väravapinge piirkond ristumiskoha suunas on tavaliselt negatiivne temperatuurikoefitsient, samas kui kõrge värava pingepiirkond tähistab positiivseid temperatuurikoefitsiente.

Arvestades, et võimsusega IGBT-d tekitavad töötamise ajal soojust, on tegelikult kasulikum pöörata tähelepanu positiivse temperatuurikoefitsiendi piirkonnale, eriti kui seadmeid kasutatakse paralleelselt .

The soovitatav värava pinge seisund, kasutades VGE = 15V temperatuuril on positiivsed omadused.

Joonised 10 ja 11 näitavad, kuidas kollektori-emitteri küllastuspinge jõudlus koos värava lävipingega
IGBT sisaldus sõltub temperatuurist.

Tulenevalt asjaolust, et kollektori-emitteri küllastuspingel on positiivsed temperatuuri koefitsiendi omadused, pole voolu kerge läbida, samal ajal kui IGBT operatsioon hajutab suurt temperatuuri, mis vastutab IGBT paralleelse töö ajal efektiivse voolu blokeerimise eest.

Vastupidi, värava-emitteri künnispinge toimimine tugineb negatiivsetele temperatuuri omadustele.

Suure soojuse hajutamise ajal langeb lävipinge allapoole, põhjustades suurema seadme talitlushäire võimaluse mis tulenevad müra tekitamisest.

Seetõttu võib ülaltoodud omaduste ümber keskendunud teadlik testimine olla ülioluline.

Värava mahtuvuse omadused

Laadimise omadused: Joonisel 12 on näidatud piduriga IGBT-seadme värava laetuse omadused.

IGBT-värava omadused on põhimõtteliselt kooskõlas samade põhimõtetega, mida rakendatakse toiteallikate MOSFET-ide jaoks, ja pakuvad muutujate kaudu, mis otsustavad seadme ajami voolu ja ajami hajumist.

Joonis 13 näitab iseloomulikku kõverat, jaotatuna perioodideks 1 kuni 3.
Iga perioodiga seotud töökorda selgitatakse allpool.

1. periood: värava pinge tõstetakse lävipingeni, kus vool lihtsalt hakkab voolama.

VGE = 0V järgi tõusev sektsioon on värava-emitteri mahtuvuse Cge laadimise eest vastutav osa.

Periood 2: Kui üleminek aktiivsest piirkonnast küllastuspiirkonnani toimub, hakkab kollektori-emitteri pinge muutuma ja värava-kollektori mahtuvus Cgc laetakse.

Selle konkreetse perioodiga kaasneb peegliefekti tõttu märgatav mahtuvuse suurenemine, mis põhjustab VGE muutumise konstantseks.

Teiselt poolt, kui IGBT on täielikult ON-olekus, kaovad kollektori-emitteri (VCE) pinge muutused ja peegli efekt.

Periood 3: Sel konkreetsel perioodil satub IGBT täiesti küllastunud seisundisse ja VCE ei näita muutusi. Nüüd hakkab värava-emitteri pinge VGE aja jooksul suurenema.

Kuidas määrata värava ajami vool

IGBT-värava ajami vool sõltub värava sisemisest takistusest Rg, draiveri signaaliallika takistusest Rs, seadme sisetakistuseks olevast rg-elemendist ja ajami pingest VGE (ON).

Värava ajami vool arvutatakse järgmise valemi abil.

IG (tipp) = VGE (sees) / Rg + Rs + rg

Eespool öeldut silmas pidades tuleks IGBT draiveri väljundahel luua nii, et praegune ajamipotentsiaal oleks võrdne või suurem kui IG (tipp).

Tavaliselt on tippvool valemiga määratud väärtusest väiksem juhi vooluahelas sisalduva viivituse ja ka värava voolu DIG / dt tõusu viivituse tõttu.

Need võivad ilmneda selliste aspektide tõttu nagu juhtmestiku induktsioon juhtimisketast IGBT-seadme värava ühenduspunkti.

Lisaks võivad iga sisselülitamise ja väljalülitamise lülitusomadused olla Rg-st väga sõltuvad.

See võib lõpuks mõjutada vahetamise aega ja puudujääke. On ülioluline valida sobiv Rg seadme kasutuses olevate omaduste osas.

Sõidukadude arvutamine

IGBT draiveri vooluringis tekkivaid kahjusid saab kirjeldada allpool toodud valemi abil, kui kõik juhi vooluahelast tekkinud kahjud neelatakse ülaltoodud vastupanu teguritega. ( f tähistab lülitussagedust).

P (ajaline kadu) = VGE (sees) × Qg × f

Omaduste vahetamine

Arvestades, et IGBT on lülituskomponent, on selle väljalülitamise kiirus üks peamisi tegureid, mis mõjutavad selle tööefektiivsust (kadu).

Joonis 16 näitab vooluringi, mida saab kasutada IGBT induktiivkoormuse lülitamise mõõtmiseks.

Kuna dioodklamber on ühendatud paralleelselt induktiivkoormusega L, mõjutavad IGBT sisselülitamise viivitust (või sisselülitamise kaotust) tavaliselt dioodi taastumisaja omadused.

Vahetusaeg

IGBT lülitusaja, nagu on näidatud joonisel 17, saab jagada 4 mõõteperioodiks.

Tulenevalt asjaolust, et aeg muutub Tj, IC, VCE, VGE ja Rg olukordade jaoks drastiliselt iga perioodi jaoks, hinnatakse seda perioodi järgmiste kirjeldatud tingimustega.

• td (sees) (sisselülitamise viivitusaeg) : Ajahetk, kust värava-emitteri pinge ulatub 10% -ni ettepoole suunatud eelpingest kuni tasemeni, kuni kollektori vool suureneb 10% -ni.
• tr (tõusuaeg) : Ajahetk, kust kollektorivool suureneb 10% -lt 90% -le.
• td (välja) (väljalülitamise viivitusaeg) : Ajahetk, kust värava-emitteri pinge saavutab 90% ettepoole suunatud pinge tasemest, kuni kollektori vool langeb 90% -ni.
• tf (kukkumisaeg) : Ajahetk, kust kollektori vool väheneb 90% -lt 10% -le.
• saba (saba aeg) : IGBT väljalülitusperiood koosneb sabaajast (sabast). Seda saab määratleda kui aega, mis kulub IGBT kollektoripoolsest üleliigsest kandjast, et rekombinatsiooni teel taanduda, vaatamata IGBT väljalülitamisele ja kollektori-emitteri pinge suurenemisele.

Sisseehitatud dioodi omadused

Vastupidiselt võimsuse MOSFETidele on IGBT ei hõlma parasiididioodi .

Selle tulemusena kasutatakse mootorite ja identsete rakenduste induktsioonlaengu juhtimiseks integreeritud IGBT-d, millel on eelinstallitud kiirkorras taastamise dioodi (FRD) kiip.

Seda tüüpi seadmetes mõjutab nii IGBT kui ka eelinstallitud dioodi tööefektiivsus märkimisväärselt seadme tööefektiivsust ja müra häirete teket.

Lisaks on sisseehitatud dioodiga seotud parameetrid vastupidine taastamine ja ettepoole suunatud pinge omadused.

Sisseehitatud dioodi pöördvõrdelised omadused

Kontsentreeritud vähemusekandjad tühjendatakse lülitusseisundi ajal just siis, kui edasivool läbib dioodi, kuni on saavutatud vastupidine elemendi olek.

Nende vähemusekandjate täielikuks vabastamiseks kuluvat aega nimetatakse vastupidiseks taastumisajaks (trr).

Kogu selle aja jooksul kasutatavat töövoolu nimetatakse vastupidiseks taastuvvooluks (Irr) ja mõlema nimetatud intervalli integraalväärtust nimetatakse vastupidise taastamise laenguks (Qrr).

Qrr = 1/2 (Irr x trr)

Arvestades, et trr ajaperiood on samaväärselt lühis, kaasneb sellega tohutu kahju.

Lisaks piirab see sagedust kogu lülitusprotsessi vältel. Üldiselt peetakse optimaalseks kiiret trr ja vähendatud Irr (Qrris väike).

Need omadused sõltuvad suuresti IGBT ettepoole suunatud eelvoolu voolust IF, diF / dt ja ristmiku temperatuurist Tj.

Teisest küljest, kui trr kiireneb, on di / dt tulemuseks taastumisperioodi jooksul järsem, nagu juhtub vastava kollektori-emitteri pingega dv / dt, mis põhjustab müra tekitamise kalduvuse suurenemist.

Järgnevad näited, mis pakuvad võimalusi müra tekitamise vastu võitlemiseks.

1. Vähendage diF / dt (vähendage IGBT sisselülitusaega).
2. Kollektori-emitteri pinge dv / dt minimeerimiseks lisage kogu seadme kollektorisse ja emitterisse kondensaator.
3. Asendage sisseehitatud diood mõne pehme taastamise dioodiga.

Tagurpidi taaskasutamise omadus sõltub oluliselt seadme pinge / voolutaluvuse võimekusest.

Seda funktsiooni saab täiustada eluaegse juhtimise, kopsaka metallilise difusiooni ja paljude muude tehnikate abil.

Sisseehitatud dioodi ettepoole suunatud pinge omadused

Joonisel 19 on kujutatud standardse IGBT sisseehitatud dioodi väljundomadused.

Dioodi ettepoole suunatud pinge VF tähistab vähenevat pinget, mis tekib siis, kui vool läbi dioodi voolab dioodi ettepoole suunatud pinge languse suunas.

Kuna see omadus võib mootori või induktiivsetes rakendustes põhjustada elektromagnetvälja (vabarattalise dioodi) genereerimise käigus võimsuskadu, on soovitatav valida väiksem VF.

Lisaks, nagu on kujutatud joonisel 19, määratakse positiivse ja negatiivse temperatuurikoefitsiendi karakteristikud dioodi ettepoole suunatud voolu suuruse IF järgi.

Soojustakistuse omadused

Joonisel 20 on kujutatud IGBT takistusomadused termiliste transientide ja integreeritud dioodi suhtes.

Seda omadust kasutatakse IGBT ristmiku temperatuuri Tj määramiseks. Üle horisontaaltelje näidatud impulsi laius (PW) tähistab lülitusaega, mis määratleb ühe löögi impulsi ja korduvate toimingute tulemused.

Näiteks PW = 1 ms ja D = 0,2 (töötsükkel = 20%) tähistab, et kordussagedus on 200 Hz, kuna kordusperiood on T = 5 ms.

Kui me kujutame ette PW = 1ms ja D = 0,2 ja hajumisvõimsust Pd = 60W, on võimalik IGBT ristmiku temperatuuri ΔTj suurenemist määrata järgmiselt:
ΔTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0,17 = 10,2

Koormuse lühise omadused

Rakendused, mis vajavad ühendatavaid IGBT lülitusahelaid nagu inverterid, muutub lühise (ülevoolu) kaitseahel hädavajalikuks, et vastu pidada ja kaitsta kahjustuste eest aja jooksul, kuni IGBT värava pinge välja lülitatakse, isegi seadme väljundi lühise korral .

Joonised 21 ja 22 näitavad IGBT RBN40H125S1FPQ lühise kandmise aega ja lühisvoolu käitlemisvõimet.

Seda IGBT võimekust taluvat lühist väljendatakse tavaliselt aja tSC suhtes.

See vastupidavus on määratud peamiselt IGBT värava-emitteri pinge, kehatemperatuuri ja toiteallika pinge põhjal.

Seda tuleks vaadata kriitilise H-silla IGBT-vooluahela kujundamisel.

Lisaks veenduge, et järgmiste parameetrite osas valiksite optimaalselt hinnatud IGBT-seadme.

1. Värava-emitteri pinge VGE : Värava pinge suurenemisega tõuseb ka lühisevool ja seadme praegune käitlusvõime väheneb.
2. Korpuse temperatuur : IGBT korpuse temperatuuri ΔTj suurenemisega praegune vastupidavusvõime langeb, kuni seade jõuab lagunemise olukorda. Toiteallika pinge
3. VCC: Kui seadme sisendpinge suureneb, suureneb ka lühisevool, mis põhjustab seadme voolutaluvuse halvenemist.

Veelgi enam, lühise või ülekoormuse kaitselülituse ajal, mis tunneb lühisevoolu ja sulgeb värava pinge, on lühisvool tegelikult uskumatult suur kui IGBT standardne töövoolu suurus.

Selle olulise voolu väljalülitamise ajal, kasutades standardset väravatakistust Rg, võib see põhjustada IGBT reitingut ületava suure pinge tekkimist.

Sel põhjusel peate lühisetingimuste lahendamiseks sobivalt valima IGBT värava takistuse, millel on vähemalt 10 korda suurem kui tavaline värava takistuse väärtus (jäädes siiski ettepoole kallutatud SOA väärtuse sisse).

Selle eesmärk on neutraliseerida IGBT kollektor-emitter-ledide ülepinge teket perioodidel, kui lühisvool on välja lülitatud.

Lisaks võib lühis taluda aega tSC, mis võib põhjustada tõusu jaotumise teiste seotud seadmete vahel.

Tuleb hoolitseda selle eest, et lühisekaitselüli tööle hakkamiseks oleks vajalik piisav varu, mis on vähemalt 2 korda suurem kui tavaline ajakava.

Maksimaalne ristmiku temperatuur Tjmax 175 ℃

Enamiku pooljuhtseadmete ristmiku temperatuuri Tj absoluutne maksimaalne hinnang on 150 ℃, kuid Tjmax = 175 ℃ on seatud uue põlvkonna seadmete nõude järgi, et vastu pidada kõrgenenud temperatuuriandmetele.
.
Tabelis 3 on toodud hea näide IGBT RBN40H125S1FPQ testimistingimustest, mis on kavandatud taluma 175 ℃ kõrgetel temperatuuridel töötades.

Tõhusate toimimiste tagamiseks temperatuuril Tjmax = 175 ℃, parandati paljusid standardse järjepidevuse katse 150 ℃ parameetreid ja teostati operatiivkontroll.

Seda öeldes ulatuvad katseplatsid seadme spetsifikatsioonide suhtes.

Lisateabe saamiseks kontrollige rakendatava seadme usaldusväärsuse andmeid.

Samuti pidage meeles, et Tjmax väärtus ei ole ainult pideva töötamise piirang, vaid ka määruse spetsifikatsioon, mida ei tohiks hetkekski ületada.

Sisse- ja väljalülitamise ajal tuleb rangelt kaaluda ohutust kõrge temperatuuri hajumise eest, isegi lühiajaliselt IGBT jaoks.

Veenduge, et töötate IGBT-ga keskkonnas, mis ei ületa mingil juhul maksimaalset lagunemisjuhtumi temperatuuri Tj = 175 ℃.

IGBT kaotused

Juhtivuse kadu: IGBT kaudu induktiivkoormuse toites liigitatakse tekkinud kahjud põhimõtteliselt juhtivuskaotuseks ja lülituskadudeks.

Kaotust, mis toimub kohe pärast IGBT täielikku sisselülitamist, nimetatakse juhtivuskaotuseks, samal ajal kui IGBT lülitamise ajal asendisse ON asendisse OFF või OFF asendisse ON, nimetatakse kaotuskaotuseks.

Selle tõttu sõltub kadu pinge ja voolu rakendamisest, nagu on näidatud allpool toodud valemis, kaotus tekib kollektori-emitteri küllastuspinge VCE (sat) mõjul isegi siis, kui seade töötab.

VCE (sat) peaks olema minimaalne, kuna kadu võib põhjustada soojuse tekkimist IGBT-s.
Kaotus (P) = pinge (V) × vool (I)
Sisselülitamise kaotus: P (sisse lülitada) = VCE (sat) × IC

Lülituskaotus: Kuna IGBT kadu võib olla keeruline ümberlülitusaja abil hinnata, on asjakohastesse andmelehtedesse lisatud võrdlustabelid, mis aitavad vooluahela projekteerijatel lülituskaod kindlaks teha.

Allpool olev joonis 24 näitab IGBT RBN40H125S1FPQ lülituskao omadusi.

Faktoreid Eon ja Eoff mõjutavad tugevalt kollektori vool, värava takistus ja töötemperatuur.

Eon (sisse lülitatud energiakadu)

IGBT induktsioonkoormuse sisselülitusprotsessi käigus tekkinud kadude maht koos dioodi pöördtaastumisel taastumiskadudega.

Eon arvutatakse punktist, mil värava pinge antakse IGBT-le ja kollektorivool hakkab liikuma, kuni ajani, mil IGBT viiakse täielikult sisse lülitatud olekusse

Eoff (energiakadu väljalülitamine

See on induktiivkoormuste väljalülitusperioodil tekkiva kahju suurus, mis hõlmab saba voolu.

Eoff-d mõõdetakse punktist, kus värava vool just katkeb ja kollektori-emitteri pinge hakkab tõusma, kuni ajani, mil IGBT jõuab täieliku väljalülitatud olekuni.

Kokkuvõte

Isoleeritud väravaga bipolaartransistori (IGTB) seade on kolme terminaliga pooljuhtseade, mida kasutatakse põhimõtteliselt elektroonilise lülitina ja mis on tuntud ka tänu ülikiire ümberlülituse ja kõrge efektiivsusega kombinatsioonile uuemates seadmetes.

IGBT-d suure voolutugevusega rakenduste jaoks

Mitmed kaasaegsed seadmed nagu VFD (Vaiable Frequency Drives), VSF (muutuva kiirusega külmikud), rongid, lülitusvõimenditega stereosüsteemid, elektriautod ja kliimaseadmed kasutavad elektrienergia lülitamiseks isoleeritud värava bipolaarset transistorit.

Tühjendusrežiimi sümbol IGBT

Juhul, kui võimendid kasutavad isoleeritud väravaga bipolaarseid transistore, sünteesivad sageli lainekuju, mis on oma olemuselt keerukad, koos madalpääsfiltrite ja impulsi laiuse modulatsiooniga, kuna isoleeritud värava bipolaarne transistor on põhimõtteliselt ette nähtud kiireks ja kiireks sisse- ja väljalülitamiseks.

Pulsside kordumissagedust kiidavad tänapäevased seadmed, mis koosnevad rakenduse vahetamisest ja jäävad ultraheli vahemikku, mis on kümme korda kõrgem kui seadme käsitsetud kõrgeim helisagedus, kui seadmeid kasutatakse analoog-helivõimendi.

MOSFETid, mis koosnevad suurest voolust ja lihtsa värava-ajami omadustest, on kombineeritud bipolaarsete transistoridega, millel on IGTB poolt küllastunud pinge.

IGBT-d on BJT ja Mosfeti kombinatsioon

IGBT valmistab ühe seadme, ühendades lülitina toimiva bipolaarse jõu transistori ja juhtimissisendina toimiva eraldatud värava FET.

Isoleeritud värava bipolaarset transistorit (IGTB) kasutatakse peamiselt rakendustes, mis koosnevad mitmest seadmest, mis on paigutatud üksteisega paralleelselt ja enamasti suudavad hallata väga suurt voolu, mis jääb sadade amprite vahemikku koos 6000 V blokeerimispinge, mis omakorda võrdub sadade kilovattidega, kasutab keskmist kuni suurt võimsust, nagu näiteks induktsioonküte, lülitiga toiteallikad ja veomootori juhtimine. Suurte isoleeritud väravatega bipolaarsed transistorid.

IGBT-d on kõige arenenumad transistorid

Isoleeritud väravaga bipolaarne transistor (IGTB) on selle aja uus ja hiljutine leiutis.

Leiti, et esimese põlvkonna seadmetel, mis leiutati ja lansseeriti 1980. aastatel ja 1990. aastate algusaastatel, oli suhteliselt aeglane ümberlülitusprotsess ja need võivad erinevate režiimide, näiteks lukustuse korral (kus seade jätkab sisselülitamist ja ei lülitu, rikkeid) välja, kuni vool jätkab seadme läbimist) ja sekundaarne jaotus (kui seadme kaudu voolab suur vool, läheb seadmes olev lokaliseeritud leviala termiliselt põgenema ja selle tulemusel seade põleb).

Teise põlvkonna seadmetes täheldati palju paranemist ja plokis oli kõige rohkem uusi seadmeid, kolmanda põlvkonna seadmeid peetakse isegi paremaks kui esimese pukseerimise põlvkonna seadmeid.

Uued Mosfetsid võistlevad IGBT-dega

Kolmanda põlvkonna seadmed koosnevad kiirusega konkureerivatest MOSFET-idest ning suurepärase tolerantsuse ja vastupidavusega.

Teise ja kolmanda põlvkonna seadmed koosnevad äärmiselt kõrgetest impulssidest, mis muudavad need väga kasulikeks, et tekitada suuri võimsusimpulsse erinevates valdkondades, näiteks plasmafüüsika ja osakeste puhul.

Seega on teise ja kolmanda põlvkonna seadmed asendanud enamasti kõik vanemad seadmed, näiteks vallandanud sädemevahed ja türeatroonid, mida nendes plasmafüüsika ja osakeste piirkondades kasutatakse.

Need seadmed hoiavad ka kõrgepinge harrastajaid huvitatuna, kuna neil on kõrge pulsireiting ja madalate hindadega turul kättesaadavus.

See võimaldab harrastajal juhtida tohutut võimsust, et juhtida selliseid seadmeid nagu mähised-kummid ja Tesla mähised.

Isoleeritud väravaga bipolaarsed transistorid on saadaval taskukohase hinnaklassiga ja toimivad seega hübriidautode ja elektrisõidukite olulise võimaldajana.

Viisakus: Renesas