igbt

Он имеет структуру изолированного порта, что означает, что порт не подключен к стоку и управляется напряжением. Таким образом, IGBT легче контролировать, чем MOSFET, что обеспечивает большую точность управления схемой. Кроме того, IGBT обладает большей способностью выдерживать большие токи, чем биполярный транзистор. Внутренняя структура БТИЗ – это каскадное подключение двух электронных входных ключей, которые управляют оконечным плюсом. Далее на рисунке №1 показана упрощённая эквивалентная схема биполярного транзистора с изолированным затвором. Диапазон использования — от десятков до 1200 ампер по току, от сотен вольт до 10 кВ по напряжению.

Цена на Силовые модули IGBT

По сути, IGBT — это полупроводник, управляемый напряжением , который обеспечивает большие токи коллектор-эмиттер при почти нулевом токе затвора. IGBT имеет входные характеристики биполярного транзистора и выходные характеристики МОП-лампы. Биполярные транзисторы с изолированным затвором находят очень широкое применение в современной электронике. Модуль IGBT сегодня используется в самом современном оборудовании, таком как электрические и гибридные автомобили, а также в поездах, воздушных машинах и т.

• Выпускаются как отдельные приборы IGBT, так и силовые сборки (модули) на их основе.
• Приведем сравнительную таблицу, которая даст нам четкое представление о разнице между IGBT, силовым биполярным транзистором и силовым MOSFET.
• IGBT имеет входные характеристики биполярного транзистора и выходные характеристики МОП-лампы.
• IGBT перейдет в состояние «ON» после того, как Vge превысит пороговое значение, зависящее от спецификации IGBT.
• На изображении выше показано использование IGBT транзистора для переключения.
• Разница между напряжением затвор-эмиттер называется Vge, а разница напряжений между коллектором и эмиттером называется Vce .
• При большом запасе выбирают IGBT с меньшим номинальным током и заново выполняют расчеты.
• Применение биполярных транзисторов существенно ограничивает невысокий коэффициент передачи тока, значительный температурный разброс этого параметра, управление знакопеременным напряжением, невысокая плотность тока силовой цепи.
• Они также используются в силовых устройствах, таких как выпрямители и передатчики мощности.

Эквивалентная схема IGBT

Биполярный транзистор образует силовой канал, полевой – канал управления. Объединение полупроводниковых элементов реализовано структурой элементных ячеек в одном кристалле. Впервые мощные полевые транзисторы появились в 1973 году, а уже в 1979 году была предложена схема составного транзистора, оснащенного управляемым биполярным транзистором при помощи полевого с изолированным затвором. В ходе тестов было установлено, что при использовании биполярного транзистора в качестве ключа на основном транзисторе насыщение отсутствует, а это значительно снижает задержку в случае его выключения. Передаточные характеристики IGBT демонстрируют взаимосвязь между Ic и VGE.

• Удельное сопротивление высокоомной N-дрейфовой области уменьшается, когда дырки инжектируются из этой P-области при включении.
• На фото №1 показан мощный IGBT-модуль BSM 50GB 120DN2 из частотного преобразователя (так называемого “частотника”) для управления трёхфазным двигателем.
• Это силовой транзистор, сочетающий в себе входной МОП-транзистор и выходной биполярный транзистор.
• IGBT-транзисторы выпускаются не только в виде отдельных компонентов, но и в виде сборок и модулей.
• Как и биполярные транзисторы, IGBT способны накапливать заряд, который является причиной остаточного тока и нагрева прибора при запирании.
• Заказать IGBT модули можно на сайте компании производителя Технопром М.
• Передаточные характеристики IGBT демонстрируют взаимосвязь между Ic и VGE.
• Их можно найти в различных размерах и формах, в зависимости от применения, для которого они предназначены.
• IGBT можно разделить на отдельные IGBT, IPM (интеллектуальный силовой модуль) и другие типы пакетов.
• Чтобы отключить IGBT сейчас, нам нужна типичная схема переключения тока, например, в случае принудительного переключения тока на тиристоре.
• Это произошло почти одновременно в лабораториях фирм General Electric (Скенектади, штат Нью-Йорк) и RCA (Принстон, штат Нью-Джерси).
• IGBT-модули применяются в инверторах, частотных преобразователях, импульсных регуляторах тока, системах управления мощными приводами.
• На базе IGBT производят частотные преобразователи для электроприводов, бестрансформаторные конверторы и инверторы, сварочное оборудование, регуляторы тока для мощных приводов.

На фото №1 показан мощный IGBT-модуль BSM 50GB 120DN2 из частотного преобразователя (так называемого “частотника”) для управления трёхфазным двигателем. Однако действие и функция тиристора подавляются, а это означает, что во всем рабочем диапазоне устройства IGBT разрешено только действие транзистора. IGBT предпочтительнее тиристоров, которые ждут быстрого переключения через ноль. Толщина области дрейфа определяет способность IGBT блокировать напряжение. Над областью дрейфа находится область основного тела, состоящая из (p)-подложки вблизи эмиттера и внутри области основного тела из слоя (n+). IGBT является основным компонентом инвертора и, естественно, требует особого внимания.

IGBT-модули работают с напряжением в диапазоне от 600 до 6500 В и токами от 50 до 3500 А. IGBT-модули – силовые устройства, в основе которых лежат IGBT-транзисторы. Кроме того, им можно легко управлять с помощью внешнего напряжения, что делает его идеальным для приложений, где требуется точное управление током.

Доставка электронных компонентов осуществляется по России, Беларуси, Казахстану. Основным преимуществом IGBT перед другими полупроводниковыми приборами является высокая эффективность проводимости тока. Схемотехника частотника такова, что технологичнее применять сборку или модуль, в котором установлено несколько IGBT-транзисторов. IGBT-транзисторы выпускаются не только в виде отдельных компонентов, но и в виде сборок и модулей.

• ВАХ IGBT транзистора почти идентична кривой передачи биполярного транзистора, но только на ней вместо тока показано Vge, поскольку IGBT является устройством, управляемым напряжением.
• В общем случае, для высокочастотных низковольтных каскадов наиболее подходят МОП, а для высоковольтных мощных — БТИЗ.
• Если устройство не выключить как можно скорее, оно может быть повреждено.
• Как мы видим, его обозначение включает в себя часть коллектор-эмиттер транзистора и часть затвора МОП-транзистора.
• Являемся представителем одного из лидеров производства силовых полупроводниковых приборов – АО «Протон-Электротекс».
• В схемах преобразователей используют двухоперационные тиристоры с управляющими электродами (GTO и IGCT), силовые биполярные (БП) и полевые транзисторы (MOSFET), биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).
• Второе (появилось в 1990-е годы) и третье (современное) поколения IGBT в целом избавлено от этих недостатков.
• Кроме того, им можно легко управлять с помощью внешнего напряжения, что делает его идеальным для приложений, где требуется точное управление током.
• Таким образом, та же формула, которая применяется для расчета коэффициента усиления биполярных транзисторов, неприменима для технологии MOSFET.
• Для коммутации больших токов, превышающих допустимое значение для одного транзистора, можно подключать модули параллельно.

В результате переключение мощной нагрузки становится возможным при малой мощности, так как управляющий сигнал поступает на затвор полевого транзистора. Первый промышленный образец БТИЗ был запатентован International Rectifier в 1983 году. Позднее, в 1985 году, был разработан БТИЗ с полностью планарной структурой (без V-канала) и более высокими рабочими напряжениями. Это произошло почти одновременно в лабораториях фирм General Electric (Скенектади, штат Нью-Йорк) и RCA (Принстон, штат Нью-Джерси). Второе (появилось в 1990-е годы) и третье (современное) поколения IGBT в целом избавлено от этих недостатков.

Разница напряжений между VCC и GND практически одинакова на нагрузке. Из-за больших токов большой ток биполярного транзистора контролируется напряжением затвора MOSFET. При транспортировке, монтаже и эксплуатации IGBT должна учитываться чувствительность модулей к статическим зарядам.

Полупроводниковые устройства могут применяться при напряжении 10 кВ и коммутации токов до 1200 А. На базе IGBT производят частотные преобразователи для электроприводов, бестрансформаторные конверторы и инверторы, сварочное оборудование, регуляторы тока для мощных приводов. В области частот кГц потери мощности на IGBT-транзисторах малы и не вызывают сильного нагрева, который приводит к тепловому пробою.

Заказать IGBT модули можно на сайте компании производителя Технопром М. Благодаря своему легкому весу и эффективной мощности переключения он применим в усилителях и других генераторах, которым необходимо создавать сигналы сложной формы с помощью фильтра нижних частот и широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Несколько позже, в 1985 году, был представлен БТИЗ, отличительной особенностью которого была плоская структура, диапазон рабочих напряжений стал больше. Так, при высоких напряжениях и больших токах потери в открытом состоянии очень малы. При этом устройство имеет похожие характеристики переключения и проводимости, как у биполярного транзистора, а управление осуществляется за счет напряжения, как это происходит у полевых транзисторов.

Для коммутации больших токов, превышающих допустимое значение для одного транзистора, можно подключать модули параллельно. Падение напряжения на открытом IGBT зависит от температуры гораздо меньше аналогичного параметра MOSFET-транзисторов. На рисунке приведен график падения напряжения в функции температуры для 2 IGBT транзисторов и одного полевого прибора. MOSFET-транзисторы применяются в основном в высокочастотных низковольтных преобразователях, область применения IGBT – мощные высоковольтные схемы. Силовые модули IGBT сочетают в себе несколько IGBT (БТИЗ) транзисторов в различных конфигурациях под конкретные задачи.

В диапазоне токов до десятков ампер и напряжений до примерно 500 В целесообразно применение обычных МОП- (МДП-) транзисторов, а не БТИЗ, так как при низких напряжениях полевые транзисторы обладают меньшим сопротивлением. Полевые МОП-транзисторы легко управляются, что свойственно транзисторам с изолированным затвором, и имеют встроенный диод утечки для ограничения случайных бросков тока. Типичные применения этих транзисторов — импульсные преобразователи напряжения с высокими рабочими частотами, аудиоусилители (так называемого класса D). В левом случае разность напряжений VIN, которая представляет собой разность потенциалов входа (затвора) с землей/VSS, контролирует выходной ток, текущий от коллектора к эмиттеру.

Для снижения выравнивающих токов в цепи эмиттера ставят резистор номиналом до 0,1 от эквивалентного сопротивления транзистора. Наблюдая за базовой структурой IGBT, показанной выше, можно увидеть, что существует другой путь от коллектора к эмиттеру, который представляет собой коллектор, p+, n-, p (n-канал), n+ и эмиттер. IGBT имеют металлический слой, прикрепленный ко всем трем выводам (коллектор, эмиттер и затвор). Однако металлический материал на выводе затвора имеет слой диоксида кремния.

Для борьбы с токами короткого замыкания в цепь «затвор – эмиттер» включают защиту. Внутреннее сопротивление драйвера управления должно выбираться в пределах диапазона конкретного модуля с учетом динамических потерь. Это необходимо для исключения перенапряжений, вызванных перезарядкой внутренних индуктивностей. Длительность импульсов напряжения выхода драйвера должна быть меньше времени коммутации транзисторов в 5-10 раз.

В схемы с биполярными транзисторами приходится включать дополнительные цепи, обеспечивающие управление и защиту полупроводниковых элементов. Это существенно увеличивает стоимость преобразователей и усложняет их производство. Полупроводниковый ключ – один из самых важных элементов силовой электроники. На их базе строятся практически все бестрансформаторные преобразователи тока и напряжения, инверторы, частотные преобразователи. Стоит отметить, что IGBT и MOSFET в некоторых случаях являются взаимозаменяемыми, но для высокочастотных низковольтных каскадов предпочтение отдают транзисторам MOSFET, а для мощных высоковольтных – IGBT. Вот так выглядят современные IGBT-транзисторы FGH40N60SFD фирмы Fairchild.