ИГБТ је скраћеница за Биполарни-транзистор са изолованом капијом , полупроводник снаге који укључује карактеристике МОСФЕТ-а велике брзине, прекидач капије зависан од напона и својства минималног ОН отпора (ниског напона засићења) а БЈТ .
На слици 1 приказано је еквивалентно ИГБТ коло, где биполарни транзистор ради са архитектом МОС гејта, док је слично ИГБТ коло заправо мешавина МОС транзистора и биполарног транзистора.
ИГБТ-ови, који обећавају брзу брзину пребацивања заједно са минималним карактеристикама напона засићења, користе се у широком опсегу, од комерцијалних примена као што су јединице за искоришћавање соларне енергије и непрекидно напајање (УПС), до потрошачких електроничких поља, попут контроле температуре за плоче за индукциони грејач , клима уређај ПФЦ, претварачи и стробоскопи дигиталних фотоапарата.
Слика 2 доле приказује процену између ИГБТ, биполарног транзистора и МОСФЕТ интерних распореда и атрибута. Основни оквир ИГБТ-а исти је као и МОСФЕТ-а који има п + слој убачен у одвод (колектор), а такође има и додатни пн спој.
Због тога, кад год се мањински носачи (рупе) теже уметнути кроз п + слој на н-слој модулацијом проводљивости, отпор н-слоја се драматично смањује.
Сходно томе, ИГБТ пружа смањени напон засићења (мањи ОН отпор) у поређењу са МОСФЕТ-ом када се носи са великом струјом, омогућавајући тако минималне губитке проводљивости.
Имајући то у виду, с обзиром на то да је за излазни проток рупа акумулација мањинских носача у периодима искључења забрањена због посебног ИГБТ дизајна.
Ова ситуација доводи до појаве познате као репна струја , при чему је искључење успорено. Када се развије репна струја, период пребацивања постаје одложен и касни, више него МОСФЕТ, што резултира повећањем губитака времена пребацивања, током ИГБТ периода искључења.
Апсолутни максимум Оцене
Апсолутне максималне спецификације су вредности назначене да гарантују сигурну и здраву примену ИГБТ-а.
Прелазак ових назначених апсолутних максималних вредности чак и на тренутак може резултирати уништењем или кваром уређаја, зато будите сигурни да радите са ИГБТ-овима унутар максимално подношљивих оцена како је предложено у наставку.
Увид у апликације
Чак и ако се препоручени параметри примене, као што су радна температура / струја / напон итд., Одржавају у оквиру апсолутних максималних вредности, у случају да је ИГБТ често изложен прекомерном оптерећењу (екстремне температуре, велика напајања струјом / напоном, екстремне температурне промене, итд.), трајност уређаја може озбиљно утицати.
Електричне карактеристике
Следећи подаци нас обавештавају о различитим терминологијама и параметрима који су повезани са ИГБТ-ом, а који се обично користе за детаљно објашњење и разумевање рада ИГБТ-а.
Струја колектора, расипање колектора : Слика 3 приказује таласни облик температуре дисипације колектора ИГБТ РБН40Х125С1ФПК. Максимално подношљиво расипање колектора приказано је за различите температуре кућишта.
Доле приказана формула постаје применљива у ситуацијама када је температура околине ТЦ = 25 степени Целзијуса или више.
Пц = (Тјмак - Тц) / Ртх (ј - ц)
За услове у којима је температура околине ТЦ = 25 ℃ или нижа, примењује се расипање ИГБТ колектора у складу са њиховом апсолутном максималном оценом.
Формула за израчунавање колекторске струје ИГБТ је:
Иц = (Тјмак - Тц) / Ртх (ј - ц) × ВЦЕ (сат)
Међутим, горе наведена општа формула је једноставно израчунавање уређаја зависно од температуре.
Струја колектора ИГБТ-а одређује се напоном засићења колектора / емитора ВЦЕ (сат), а такође у зависности од њихове струје и температурних услова.
Поред тога, колекторска струја (вршна вредност) ИГБТ-а је дефинисана количином струје коју може поднети, што заузврат зависи од начина на који је инсталиран и његове поузданости.
Из тог разлога, корисницима се саветује да никада не прелазе максимално дозвољену границу ИГБТ-а док их користе у датој апликацији кола.
С друге стране, чак и ако струја колектора може бити нижа од максималне вредности уређаја, она може бити ограничена температуром споја јединице или безбедним подручјем рада.
Стога обавезно узмите у обзир ове сценарије током примене ИГБТ-а. Оба параметра, струја колектора и расипање колектора обично су означени као максималне оцене уређаја.
Сигурно оперативно подручје
Тхе СОА ИГБТ-а састоји се од СОА пристраности према напријед и СОА обрнутог пристраности, међутим, будући да се одређени распон вриједности може разликовати у складу са спецификацијама уређаја, корисницима се савјетује да провјере еквивалентне чињенице у техничком листу. Слика 5 илуструје подручје сигурног рада са преднаклоном (ФБСОА) ИГБТ РБН50Х65Т1ФПК. СОА је подељен на 4 региона, у зависности од одређених ограничења, како је наведено у наставку: Слика 6 приказује подручје сигурног рада са обрнутим пристрасношћу (РБСОА) ИГБТ РБН50Х65Т1ФПК. Ова посебна карактеристика ради у складу са СОА обрнутог преднапона биполарног транзистора. Кад год се обрнута пристрасност, која не укључује пристраност, испоручује преко капије и емитер ИГБТ-а током његовог искључења за индуктивно оптерећење, налазимо да се високи напон испоручује ИГБТ-овом колектор-емитеру. Истовремено, велика струја се стално креће као резултат заостале рупе. Кад се то каже, у овом функционисању СОА пристраности унапред не може се користити, док се СОА обрнуте пристрасности може користити. СОА са обрнутим пристрасношћу подељена је на 2 ограничена подручја, као што је објашњено у следећим тачкама, на крају се подручје успоставља потврђивањем стварних поступака функционисања ИГБТ-а. Стога, док дизајнира коло засновано на ИГБТ , мора се осигурати да дисипација и други проблеми са перформансама буду у складу са препорученим границама, а такође се морају водити рачуна о специфичним карактеристикама и константама пробоја круга релевантним за толеранцију квара. На пример, СОА са обрнутим пристрасношћу носи температурну карактеристику која се спушта при екстремним температурама, а радно место ВЦЕ / ИЦ се помера у складу са ИГБТ-овим отпором врата Рг и напоном ВГЕ-а. Због тога је витално одредити Рг и ВГЕ параметре с обзиром на радни екосистем и најнижу вредност отпора капије током периода искључивања. Поред тога, снубер склоп би могао бити користан за контролу дв / дт ВЦЕ. Слика 7 показује излазне карактеристике ИГБТ РБН40Х125С1ФПК. Слика представља напон колектора-емитора док струја колектора пролази унутар случајног напона на улазу. Напон колектор-емитер, који утиче на тренутну ефикасност руковања и губитак током стања прекидача, варира у зависности од напона на вратима и телесне температуре. Сви ови параметри морају се узети у обзир приликом дизајнирања ИГБТ кола драјвера. Струја расте кад год ВЦЕ достигне вредности од 0,7 до 0,8 В, иако је то због предњег напона ПН споја колектор-емитер. Слика 8 приказује напон засићења колектора-емитер у односу на карактеристике напона на вратима ИГБт РБН40Х125С1ФПК. У основи, ВЦЕ (сат) почиње да опада како напон ВГЕ емитер-емитора расте, мада је промена номинална док је ВГЕ = 15 В или више. Због тога се саветује рад са напоном ВГЕ капија / емитер који је око 15 В, кад год је то могуће. На слици 9 приказане су карактеристике колекторске струје у односу на напон на вратима ИГБТ РБН40Х125С1ФПК. Карактеристике ИЦ / ВГЕ заснивају се на температурним променама, међутим подручје ниског напона на вратима према тачки пресека обично је негативан коефицијент температуре, док подручје високог напона на прелазу означава позитивне температурне коефицијенте. Узимајући у обзир да ће ИГБТ-ови снаге стварати топлоту током рада, заправо је повољније обратити пажњу на регион позитивног температурног коефицијента када уређаји раде паралелно . Тхе препоручено стање напона на капији користећи ВГЕ = 15В показује позитивне температурне карактеристике. Слике 10 и 11 показују како перформансе напона засићења колектора-емитора, заједно са напоном граничног напона Због чињенице да напон засићења колектора-емитер има позитивне карактеристике температурног коефицијента, струја не пролази лако док ИГБТ операција расипа високу температуру, која постаје одговорна за блокирање ефективне струје током паралелног рада ИГБТ-а. Супротно томе, рад прага напона емитер-капија ослања се на негативне температурне карактеристике. Током великог одвођења топлоте, гранични напон пада надоле, узрокујући већу могућност неисправног рада уређаја које настају стварањем буке. Стога пажљиво тестирање усредсређено на горе наведене карактеристике може бити пресудно. Карактеристике пуњења: Слика 12 приказује карактеристике пуњења гејта стабдардног ИГБТ уређаја. Карактеристике ИГБТ гејта у основи су у складу са истим принципима који се примењују на МОСФЕТ-ове напајања и пружају као променљиве које одређују струју погона уређаја и расипање погона. Слика 13 открива карактеристичну криву, подељену на периоде 1 до 3. Период 1: Напон на капији се подиже до прага напона где струја тек почиње да тече. Одељак узлазно од ВГЕ = 0В је део одговоран за пуњење капацитивности гејт-емитер Цге. Период 2: Док се прелазак из активног подручја у регион засићења одвија, напон колектор-емитер почиње да се мења и капацитет Цгц колектора-колектора се пуни. Овај одређени период долази са приметним повећањем капацитивности због ефекта огледала, због чега ВГЕ постаје константан. С друге стране, док је ИГБТ у потпуности укључен, промена напона на колектору-емитеру (ВЦЕ) и ефекат огледала нестају. Период 3: У овом одређеном периоду ИГБТ прелази у потпуно засићено стање и ВЦЕ не показује промене. Сада напон ВГЕ-емитер-а почиње да расте с временом. Погонска струја ИГБТ гејта зависи од унутрашњег серијског отпора Рг, отпора Рс извора сигнала возачког кола, рг елемента који је унутрашњи отпор уређаја и погонског напона ВГЕ (ОН). Струја погонског капија израчунава се помоћу следеће формуле. Имајући горе наведено на уму, ИГБТ коло за излаз возача треба да буде створено тако да осигура тренутни потенцијал погона еквивалентан или већи од ИГ (врх). Типично је да је вршна струја мања од вредности утврђене помоћу формуле, због кашњења укљученог у покретачки круг, а такође и кашњења у порасту дИГ / дт струје капија. До њих може доћи због аспеката као што је индуктивност ожичења од погонског круга до тачке повезивања капије ИГБТ уређаја. Поред тога, својства пребацивања за свако укључивање и искључивање могу у великој мери зависити од Рг. Ово на крају може утицати на време пребацивања и пребацивање дефицита. Кључно је одабрати одговарајући Рг с обзиром на карактеристике уређаја у употреби. Губици који се јављају у кругу ИГБТ возача могу се приказати кроз доњу формулу ако све губитке настале из возачког кола апсорбују горе наведени фактори отпора. ( ф означава фреквенцију пребацивања). П (губитак погона) = ВГЕ (укључено) × Кг × ф С обзиром да је ИГБТ преклопна компонента, његов прекидач УКЉ, брзина ИСКЉУЧИВАЊА је један од главних фактора који утичу на његову оперативну ефикасност (губитак). На слици 16 приказано је коло које се може користити за мерење прекидача индуктивног оптерећења ИГБТ-а. Будући да је диодна стезаљка спојена паралелно са индуктивним оптерећењем Л, кашњење ИГБТ укључивања (или губитак укључивања) обично утиче на карактеристике времена опоравка диоде. Време пребацивања ИГБТ-а, како је приказано на слици 17, може се категорисати у 4 мерна периода. Због чињенице да се време драстично мења за сваки поједини период у односу на Тј, ИЦ, ВЦЕ, ВГЕ и Рг ситуације, овај период се процењује са следећим наведеним условима. За разлику од моћних МОСФЕТ-ова, ИГБТ не укључује паразитску диоду . Као резултат, интегрисани ИГБТ који долази са унапред инсталираним чипом за брзу обнављање диода (ФРД) користи се за контролу наелектрисања у индуктивитету у моторима и идентичним апликацијама. У овим врстама опреме, ефикасност рада ИГБТ-а и унапред инсталиране диоде значајно утиче на ефикасност рада опреме и стварање сметњи од буке. Поред тога, квалитет повратног опоравка и напона унапред су пресудни параметри повезани са уграђеном диодом. Концентровани мањински носачи се празне током стања пребацивања, управо када пролазна струја пролази кроз диоду док се не постигне стање обрнутог елемента. Време потребно за потпуно ослобађање ових мањинских носача познато је као обрнуто време опоравка (трр). Оперативна струја која је укључена током овог времена назива се реверзном струјом опоравка (Ирр), а интегрална вредност оба ова интервала позната је као повратна наелектрисања (Крр). Крр = 1/2 (Ирр к трр) Узимајући у обзир да је трр временски период еквивалентно кратко спојен, укључује огроман губитак. Поред тога, ограничава фреквенцију током процеса пребацивања. У целини, брзи трр и смањени Ирр (Кррис смалл) сматрају се оптималним. Ови квалитети у великој мери зависе од струје преднапона, ИФ, диФ / дт и температуре споја Тј ИГБТ-а. С друге стране, ако трр постане бржи, ди / дт резултира стрмим током периода опоравка, као што се дешава са одговарајућим напоном колектор-емитер дв / дт, што узрокује повећање склоности ка стварању буке. Следе примери који пружају начине на које се може супротставити стварању буке. Својство обрнутог опоравка значајно се ослања на капацитет толеранције напона / струје уређаја. Ова карактеристика би се могла побољшати коришћењем доживотног управљања, јаке металне дифузије и разних других техника. Слика 19 показује излазне карактеристике уграђене диоде стандардног ИГБТ-а. Напонски напон диоде ВФ означава опадајући напон који настаје када струја ИФ кроз диоду тече у правцу пада напона предње диоде. Будући да ова карактеристика може резултирати губитком снаге током стварања задњег ЕМФ-а (диода са слободним точком) у моторима или у индуктивним апликацијама, препоручује се одабир мањег ВФ-а. Поред тога, као што је приказано на слици 19, позитивне и негативне карактеристике температурног коефицијента одређују се предњом магнетском величином диоде ИФ. Слика 20 приказује карактеристике отпора ИГБТ против термичких прелазних појава и интегрисане диоде. Ова карактеристика се користи за одређивање температуре споја Тј ИГБТ. Ширина импулса (ПВ) приказана преко водоравне осе означава време пребацивања, које дефинише појединачни пулс и резултате понављајућих операција. На пример, ПВ = 1мс и Д = 0,2 (радни циклус = 20%) означава да је фреквенција понављања 200Хз, јер је период понављања Т = 5мс. Ако замислимо ПВ = 1мс и Д = 0,2, а снагу расипања Пд = 60В, могуће је утврдити пораст температуре споја ИГБТ ΔТј на следећи начин: Апликације које захтевају премошћене ИГБТ склопне кругове попут претварача, заштитни круг од кратког споја (прекомерног тока) постаје неопходан за издржавање и заштиту од оштећења током времена док се ИГБТ напон не искључи, чак и у ситуацији излазног кратког споја јединице . На сликама 21 и 22 приказано је време ношења кратког споја и капацитет руковања струјом кратког споја ИГБТ РБН40Х125С1ФПК. Капацитет ИГБТ-а који подноси кратки спој обично се изражава с обзиром на време тСЦ. Ова способност издржавања одређује се углавном на основу напона ИГБТ-емитер-а, телесне температуре и напона напајања. Ово би требало размотрити приликом дизајнирања критичног дизајна ИГБТ кола Х-моста. Поред тога, обавезно се одлучите за оптимално оцењени ИГБТ уређај у смислу следећих параметара. Даље, током тренутка када круг заштите од кратког споја или преоптерећења осети струју кратког споја и искључи напон на капији, струја кратког споја је заправо невероватно велика од стандардне величине оперативне струје ИГБТ-а. Током процеса искључивања са овом значајном струјом помоћу стандардног отпора врата Рг, то би могло проузроковати развој великог напона пренапона прелазећи ИГБТ рејтинг. Из тог разлога морате на одговарајући начин одабрати отпор ИГБТ гејта погодан за решавање услова кратког споја, који има најмање 10 пута већу вредност од нормалног отпора гејта (а притом остаје унутар СОА вредности предњег пристраности). Ово служи за спречавање стварања пренапонског напона на ледима колектора-емитора ИГБТ током периода када је искључена струја кратког споја. Поред тога, време издржавања кратког споја тСЦ може проузроковати расподелу напона на осталим придруженим уређајима. Мора се водити рачуна да се осигура одговарајућа маргина од најмање 2 пута више од стандардног временског оквира потребног да заштитни круг кратког споја почне да ради. Апсолутна максимална оцена за температуру споја већине полупроводничких уређаја Тј је 150 ℃, али Тјмак = 175 ℃ је постављена према захтеву за уређаје нове генерације како би издржала повећане температурне спецификације. Да би се загарантовале ефикасне операције при Тјмак = 175 ℃, побољшани су многи параметри за стандардни тест конзистентности на 150 анд и извршена оперативна верификација. Имајући то у виду, полигон за тестирање се креће у односу на спецификације уређаја. Обавезно потврдите податке о поузданости у вези са уређајем који можда примените за додатне информације. Такође запамтите да вредност Тјмак није само ограничење за стални рад, већ и спецификација за регулацију која не би требало да буде превазиђена ни на тренутак. Сигурност против расипања високе температуре, чак и на кратко за ИГБТ, током укључивања / искључивања мора се строго размотрити. Обавезно радите са ИГБТ у окружењу које ни на који начин не прелази максималну температуру случаја квара Тј = 175 ℃. Губитак проводљивости: Док напајамо индуктивно оптерећење преко ИГБТ-а, настали губици се у основи категоризирају на губитак проводљивости и губитак комутације. Губитак који се догоди чим се ИГБТ потпуно УКЉУЧИ назива се губитак проводљивости, док се губитак који се дешава у време ИГБТ-овог пребацивања са УКЉУЧЕНО на ИСКЉУЧЕНО или ИСКЉУЧЕНО на УКЉУЧЕНО познат као губитак пребацивања. Због чињенице да губитак зависи од примене напона и струје као што је приказано у доњој датој формули, губитак настаје као резултат удара напона засићења колектора-емитора ВЦЕ (сат), чак и док уређај проводи. ВЦЕ (сат) би требао бити минималан, јер губици могу проузроковати стварање топлоте у ИГБТ-у. Преклопни губитак: Како губитак ИГБТ-а може бити изазов процијенити помоћу времена пребацивања, референтне таблице су укључене у одговарајуће листове података како би помогле дизајнерима кола да утврде губитак пребацивања. Слика 24 доле приказује карактеристике губитака пребацивања за ИГБТ РБН40Х125С1ФПК. На факторе Еон и Еофф снажно утичу струја колектора, отпор гејта и радна температура. Еон (Укључивање губитка енергије) Количина губитака настала је током процеса укључивања ИГБТ-а за индуктивно оптерећење, заједно са губицима опоравка при обрнутом опоравку диоде. Еон се израчунава од тренутка када се напон на капији напаја на ИГБТ и колекторска струја почне да путује, све до тренутка када ИГБТ у потпуности пређе у укључено стање Еофф (искључивање губитка енергије Величина губитка који настаје током периода искључивања индуктивних оптерећења укључује и задњу струју. Еофф се мери од тачке на којој је струја на капији управо пресечена и напон колектора-емитора почиње да се пење, све до тренутка када ИГБТ достигне потпуно искључено стање. Уређај са биполарним транзисторима са изолованом капијом (ИГТБ) је врста трокраког полупроводничког уређаја који се у основи користи као електронски прекидач, а такође је познат по томе што пружа комбинацију изузетно брзог пребацивања и високе ефикасности у новијим уређајима. Низ модерних уређаја попут ВФД (погонски склопови са променљивом брзином), ВСФ (фрижидери променљиве брзине), возови, стерео системи са преклопним појачалима, електрични аутомобили и клима уређаји користе биполарни транзистор са изолованим вратима за пребацивање електричне енергије. Симбол режима исцрпљивања ИГБТ У случају да појачала користе биполарни транзистор са изолованом капијом, често синтетишу таласне облике који су сложене природе, заједно са нископропусним филтерима и модулом ширине импулса, јер су биполарни транзистори са изолованим капијама у основи дизајнирани за брзо и брзо укључивање и искључивање. Брзином понављања импулса поносе се савремени уређаји који се састоје од преклопне апликације и добро се уклапају у ултразвучни опсег, а то су фреквенције које су десет пута веће од највише аудио фреквенције којом уређај рукује када се уређаји користе у облику аналогно аудио појачало. МОСФЕТ-ови који се састоје од велике струје и карактеристика једноставног гејт-погона комбинују се са биполарним транзисторима који имају ИГТБ-капацитет ниског напона засићења. ИГБТ прави један уређај комбиновањем биполарног транзистора снаге који делује као прекидач и изолованог улаза ФЕТ који делује као контролни улаз. Биполарни транзистор са изолованом капијом (ИГТБ) углавном се користи у апликацијама које се састоје од више уређаја који су постављени паралелно један другом и најчешће имају капацитет руковања врло великом струјом која се креће у опсегу стотина ампера. напон блокирања од 6000 В, који је заузврат једнак стотинама киловата, користи средње до велике снаге као што су индукционо грејање, напајање у преклопном режиму и управљање вучним мотором. Биполарни транзистори са изолованим капијама великих димензија. Биполарни транзистор са изолованом капијом (ИГТБ) је нови и новији изум тог времена. Утврђено је да уређаји прве генерације који су изумљени и лансирани 1980-их и раних 1990-их имају успорен процес пребацивања релативно и склони су квару кроз различите режиме као што је засун (где ће уређај и даље бити укључен и неће се укључивати искључен док струја не настави да тече кроз уређај), и секундарни пробој (где када велика струја пролази кроз уређај, локализована жаришна тачка присутна у уређају одлази у топлотни одвод и као резултат сагорева уређај). Примећено је много побољшања код уређаја друге генерације и већина нових уређаја у блоку, уређаји треће генерације сматрају се још бољим од уређаја прве вуче. Уређаји треће генерације састоје се од МОСФЕТ-ова са супарником у брзини и одличним нивоом толеранције и робусности. Уређаји друге и треће генерације се састоје од импулса који су изузетно високи што их чини веома корисним за генерисање великих импулса снаге у различитим областима као што су физика плазме и честице. Тако су уређаји друге и треће генерације заменили углавном све старије уређаје, као што су окидачи, варнице и тиратрони који се користе у овим областима физике плазме и честица. Ови уређаји такође привлаче љубитеље високог напона због својих својстава високог пулса и доступности на тржишту по ниским ценама. Ово хобију омогућава да контролише огромне количине енергије како би управљао уређајима као што су гумене гуме и Теслине калеме. Биполарни транзистори са изолованим вратима доступни су по приступачном распону цена и тако делују као важан покретач хибридних аутомобила и електричних возила. Учтивост: Ренесас Сигурно оперативно подручје за предњу пристрасност
Сигурно оперативно подручје са обрнутим пристрасношћу
Статичке карактеристике
ИГБТ-а зависе од температуре.Карактеристике капацитета капије
Поступци рада који се односе на сваки период објашњени су у наставку.Како одредити струју погонског капија
ИГ (врх) = ВГЕ (укључено) / Рг + Рс + рг Израчун губитка погона
Карактеристике пребацивања
Свитцхинг Тиме
Уграђене карактеристике диода
Уграђене карактеристике повратног опоравка диоде
Карактеристике предњег напона уграђене диоде
Карактеристике топлотног отпора
ΔТј = Пд × θј - ц (т) = 60 × 0,17 = 10,2 Учитајте карактеристике кратког споја
Максимална температура споја Тјмак за 175 ℃
.
Табела 3 приказује добар пример услова испитивања за ИГБТ РБН40Х125С1ФПК који је дизајниран да издржи 175 ℃ док ради у великим температурама кућишта.ИГБТ губици
Губитак (П) = напон (В) × струја (И)
Губитак укључивања: П (укључивање) = ВЦЕ (сат) × ИЦ Резиме
ИГБТ за високо струјне примене
ИГБТ су комбинација БЈТ и Мосфета
ИГБТ-ови су најнапреднији транзистори
Нови Мосфетови се такмиче са ИГБТ-овима
Претходно: Како направити соларну ћелију осетљиву на боје или соларну ћелију од воћног чаја Следеће: Једноставни управљачки модул МОСФЕТ Х-Бридге за претвараче и моторе