Характеристики транзисторы igbt: IGBT транзистор. Принцип работы и применение.

IGBT транзисторы. Справочник. Характеристики и параметры.

Отечественные производители IGBT (БТИЗ) транзисторов IGBT справочник составлен из транзисторов, входящих в прайсы интернет-магазинов. Кроме того, приведены близкие по параметрам MOSFET транзисторы, которые могут составить конкуренцию IGBT (а где-то и лучше, если главным параметром становится быстродействие). IGBT транзисторы на напряжение до 600В   IGBT транзисторы на напряжение до 1200В   IGBT транзисторы частотой 1-5 кГц   IGBT транзисторы с максимальной частотой до 20кГц   Высокочастотные IGBT транзисторы   IGBT транзисторы Без диода   CoPack IGBT транзисторы С диодом   Показать все
Основные характеристики IGBT.
IGBT	MOSFET	PDF	Imax, A/ Uce(on),В	Корпус	Примечание
Указан максимальный допустимый постоянный ток при Ткорп=100ºС и типичное падение напряжения при этом токе и Тj=150ºС
1. IGBT транзисторы на напряжение до 600В
IRG4IBC20UD			6.0/1.87	ТО-220F	UFAST, диод, изолир корп	справочные данные на IGBT транзистор в изолированном корпусе IRG4IBC20UD
IRG4IBC20KD			6.3/2.05	ТО-220F	FAST,диод,КЗ уст, изолир крп
IRG4BC20UD	IRF840		6.5/1.87	ТО-220	UFAST, диод	IGBT и MOSFET транзисторы, аналогичные по характеристикам
IRG4BC20W			6.5/2.05	ТО-220	FAST	ультрабыстрый IGBT транзистор IRG4BC20W, справочные данные
IRG4BC15UD	SPP11N60		7.8/2.21	ТО-220	UFAST, диод	IGBT и MOSFET транзисторы
IRG4IBC30UD	SPP17N80		8.9/1.90	ТО-220F	UFAST, диод, изолир корп	IGBT и MOSFET транзисторы, близкие по характеристикам
IRG4BC30W-S			12/1.95	D2pak	UFAST	IGBT транзистор IRG4BC30W для корректоров мощности, справочные данные
IRGS10B60KD			12/2.20	D2pak	диод, КЗ уст	IGBT транзистор с диодом IRGS10B60KD, характеристики
IRG4RC20F			12/2.04	D2pak		IGBT транзистор для поверхностного монтажа IRG4RC20F
IRG4BC30U IRG4PC30U			12/2.09	ТО-220 TO-247	UFAST	ультрабыстрые IGBT транзисторы IRG4BC30U и IRG4PC30U,, справочные данные
HGTP12N60C3			12/1.85	ТО-220	КЗ уст	IGBT транзистор HGTP12N60C3, справочные данные
HGTP12N60C3D			12/1.85	ТО-220	диод, КЗ уст	IGBT транзистор с антипараллельным диодом HGTP12N60C3, справочные данные
IRG4BC30W IRG4PC30W	SPP20N60 SPW20N60		12/1.95	TO-220 ТО-247	UFAST	IGBT транзисторы для корректоров мощности IRG4PC30W и близкие по характеристикам MOSFET транзисторы
IRG4BC30UD IRG4PC30UD	BUZ30A IRFP460		12/2.09	TO-220 ТО-247	UFAST, диод	ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом IRG4PC30UD, характеристики и близкие MOSFET аналоги
HGTG12N60B3			12/1.70	ТО-247	FAST	HGTG12N60B3 — ультрабыстрый IGBT транзистор, характеристики
HGTG12N60C3D			12/1.85	ТО-247	диод, КЗ уст	HGTG12N60C3 — IGBT транзистор с диодом, параметры
SKP15N60	IRFP360 IRFP22N60		15/2.30	ТО-220	UFAST,диод,КЗ уст	SKP15N60 — ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом в корпусе TO-220, характеристики и близкие MOSFET аналоги
IRG4BC30K-S IRG4BC30K			16/2.36	D2Pak TO-220	FAST,КЗ уст	IRG4BC30K-S и IRG4BC30K — IGBT транзисторы, оптимизированные под управление электродвигателями
IRG4BC30KD-S IRG4BC30KD IRG4PC30KD	IRFP27N60		16/2.36	D2Pak TO-220 TO-247	FAST,диод,КЗ уст	ультрабыстрые IGBT транзисторы IRG4BC30KD-S, IRG4BC30KD, IRG4PC30KD, справочные данные, MOSFET транзистор IRFP27N60
IRG4BC30FD-S IRG4PC30FD			17/1.70	D2Pak TO-247	+ диод	IGBT транзисторы IRG4BC30FD и IRG4PC30FD с низким падением напряжения, справочные данные
IRG4BC30F			17/1.70	ТО-220		IGBT транзистор IRG4BC30F с низки падением напряжения
IRG4PC30S			18/1.45	ТО-247		IGBT транзистор IRG4PC30S с низким падением напряжения
IRGS8B60K			19/2.70	D2pak	КЗ уст	IGBT транзистор IRGS8B60K, справочные данные
IRG4BC40U IRG4PC40U	IRFP27N60		20/1.70	ТО-220 TO-247	UFAST	характеристики IGBT транзисторов IRG4BC40U и IRG4PC40U, MOSFET транзистор IRFP27N60 с аналогичными параметрами
IRG4PC40UD	IRFP31N50 IRFP27N60		20/1.70	ТО-247	UFAST, диод	IGBT и MOSFET транзисторы, близкие по характеристикам
IRG4BC40W IRG4PC40W			20/1.90	ТО-220 TO-247	UFAST	IGBT транзисторы для PFC IRG4BC40W и IRG4PC40W
HGTG20N60B3			20/2.10	ТО-247	FAST, КЗ уст	ультрабыстрый IGBT транзистор HGTG20N60B3, характеристики
HGTG20N60B3D			20/2.10	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст	IGBT с антипараллельным диодом HGTG20N60B3D, справочные данные
IRGB20B60PD1 IRGB20B60PD			22/3.30	ТО-20 TO-247	UFAST, диод	ультрабыстрый IGBT транзистор IRGB20B60PD с диодом
IRGP4062D	IRFPS40N60		24/2.03	ТО247	UFAST,диод,КЗ уст	ультрабыстрый IGBT и MOSFET транзисторы IRGB20B60PD и IRFPS40N60, характеристики
IRG4PC40K			25/2.14	ТО-247	FAST, КЗ уст	быстрый IGBT транзистор IRG4PC40K на ток до 25А
IRG4PC40KD			25/2.14	ТО-27	FAST, диод, КЗ уст	IGBT с диодом IRG4PC40KD
IRG4BC40F IRG4PC40F			27/1.6	ТО-220 TO-247		IGBT с низким падением напряжения IRG4PC40F, среднечастотного диапазона
IRG4PC40FD			27/.56	ТО-247	+диод
IRG4PC50UD	IRFPS40N50		27/1.60	ТО-247	UFAST, диод	ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом IRG4PC50UD, справочные данные
IRG4PC50W			27/1.71	ТО-247	UFAST	IGBT и MOSFET транзисторы IRG4PC50W и IRFPS40N50, справочные данные
SGP30N60			30/2.50	ТO-220	FAST, КЗ уст	IGBT транзистор SGP30N60, устойчивый к короткому замыканию
SGW30N60			30/2.50	ТО-247	FAST, КЗ уст	IGBT транзистор SGW30N60, характеристики и параметры
IRG4PC50K			30/1.84	ТО-247	FAST, КЗ уст.	igbt IRG4PC50K на ток до 30А
IRG4PC50KD			30/1.84	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст.	igbt транзистор IRG4PC50KD с диодом, на ток до 30А
IRGP35B60PD			34/3.00	ТО-247	UFAST, диод	ультрабыстрый igbt с диодом IRGP35B60PD, характеристики
IRG4PC50F			39/1.53	ТО-247		мощный медленный, но зато с низким падением напряжения igbt IRG4PC50F
IRG4PC50FD			39/1.53	ТО-247	+диод	мощный igbt транзистор с диодом IRG4PC50FD
HGTG40N60B3	IPW60R045		40/1.50	ТО-247	FAST, КЗ уст	Ультрабыстрые IGBT транзисторы HGTG40N60B3, справочные данные
IRG4PC50S			41/1.28	ТО-247		мощные IGBT транзисторы IRG4PC50S, параметры
IRGP50B60PD1			45/3.10	ТО-247	UFAST,диод	мощный ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом IRGP50B60PD, характеристики
IRGP4063D			48/2.05	ТО-247	UFAST,диод,КЗ уст	мощный IGBT IRGP4063D — транзистор, устойчивый к короткому замыканию
IRGP4068D			48/2.05	ТО-247	UFAST,диод,КЗ уст	мощный IGBT транзистор, устойчивый к короткому замыканию IRGP4068D
IRGS30B60K IRGB30B60K			50/2.60	D2pak ТО-220	КЗ уст.	мощные IGBT транзисторы IRGS30B60K и IRGB30B60K
SGW50N60			50/3.15	ТО-247	FAST, КЗ уст	мощный быстрый IGBT транзистор SGW50N60, устойчивый к короткому замыканию
IRG4PSC71K			60/1.81	S-247	FAST,КЗ уст	мощный быстрый IGBT транзистор IRG4PSC71K, устойчивый к короткому замыканию
IRG4PSC71KD			60/1.81	S-247	FAST,диод,КЗ уст	мощный быстрый IGBT транзистор IRG4PSC71KD, с диодом, устойчивый к короткому замыканию
IRG4PSC71U			60/1.71	S-247	UFAST	мощный ультрабыстрый IGBT транзистор IRG4PSC71U
IRG4PSC71UD	IRFP4668		60/1.71	S-247	UFAST, диод	мощный ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом IRG4PSC71UD и MOSFET транзистор IRFP4668
IXGH60N60C2			60/1.80	TO-247	UFAST	мощный ультрабыстрый IGBT транзистор IXGH60N60C2 и близкий по току MOSFET
2. IGBT транзисторы на напряжение до 1200В
SGP02N120			2.8/3.70	ТО-220	FAST, КЗ уст	igbt 1200v, 2.8A
IRG4Ph30K	IRFPG50		5.0/2.84	О-247	КЗ уст	igbt на ток до 5А
IRG4Bh30K-S			5.0/2.84	2Pak	КЗ уст	igbt на напряжение до 1200В
SGP07N120			8.0/3.70	ТО-220	FAST, КЗ уст	ультрабыстрый igbt, напряжение до 1200В
IRG4Ph40K			10/3.01	ТО-247	FAST, КЗ уст	ультрабыстрый igbt транзистор, напряжение до 1200В
IRG4Ph40KD			10/3.01	ТО-247	FAST, диод,КЗ уст	ультрабыстрый igbt с диодом, ток до 10А
IRG4Ph50KD			15/2.53	ТО-247	FAST, диод,КЗ уст	igbt с диодом, ток до 15А
BUP203			15/4.00	ТО-220	FAST, 1000В	IGBT транзистор BUP203, характеристики
SKW15N120			15/3.70	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст	igbt с диодом, ток до 10А
IRG7Ph40K10D			16/2.60	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст.	ультрабыстрый IGBT транзистор IRG7Ph40K10D, справочные данные
BUP314S			17/4.60	ТО-21	FAST	igbt, ток до 17А
IRGPh50F			17/3.00	ТО247		транзистор igbt, напряжение до 1200В
BUP213			20/3.60	ТО-220	FAST	транзистор igbt, ток до 20А
IRGP20B120U-E			20/3.89	ТО-247	UFAST, КЗ ст.	транзистор igbt, напряжение до 1200В
IRGP20B120UD-E			20/3.89	ТО-247	UFAST,диод,КЗ ут.	транзистор igbt, ток до 20А
IRG4Ph50U			21/2.47	ТО-247	UFAST	транзистор igbt, ток до 21А
IRG4Ph50UD			21/2.47	ТО-247	UFAST, диод	высоковольтный транзистор igbt, ток до 21А
IRG7Ph40K10	IPW90R120		23/4.00	ТО-247	КЗ уст.	IGBT транзистор IRG7Ph40K10, подробные характеристики
IRG4PH50KD			24/2.54	ТО-247	FAST, диод,КЗ ус
IRG4PH50U			24/2.54	ТО-247	UFAST
IRG4PH50UD			24/2.54	ТО-247	UFAST, диод
SGW25N120			25/3.70	ТО-247	FAST, КЗ уст
SKW25N120			25/3.70	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст
IRG4PF50W			28/2.12	ТО-247	UFAST, 900В
IRG4PF50WD			28/2.12	ТО-247	UFAST, диод, 900В
IRGP30B120KD			30/2.98	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст.
BUP314			33/3.80	ТО-218	FAST
BUP314D			33/3.80	ТО-218	UFAST, диод	IGBT транзистор с диодом BUP314D , справочные данные
HGTG27N120B			34/3.90	ТО-247	FAST, КЗ уст
IRGPS40B120U			40/3.88	S-247	UFAST, КЗ уст	мощный ультрабыстрый высоковольтный IGBT IRGPS40B120U
IRG4PSH71K			42/2.60	S-247	FAST, КЗ уст	мощный быстрый высоковольтный IGBT транзистор IRG4PSH71K
IRG4PSH71KD			42/2.60	S-247	FAST,диод,КЗ уст	мощный быстрый высоковольтный IGBT транзистор с диодом IRG4PSH71KD
IRG4PSH71U			50/2.40	S-247	UFAST	мощный ультрабыстрый высоковольтный IGBT транзистор IRG4PSH71U
IRG4PSH71UD			50/2.25	S-247	UFAST, диод
IRG7Ph52U			60/3.10	ТО-247	UFAST	мощный ультрабыстрый высоковольтный IGBT транзистор IRG7Ph52U, характеристики
IRGPS60B120KD			60/3.04	S-247	FAST,диод, КЗ уст	мощный IGBT транзистор с диодом IRGPS60B120KD
IRG7PSH73K10			75/2.60	S-247	FAST,КЗ уст	мощный устойчивый к короткому замыканию IGBT транзистор IRG7PSH73K10
						На главную

Транзистор «от шефа»: особенности IGBT компании STMicroelectronics

30 ноября 2011

В начале 1980-х годов была создана полупроводниковая технология, объединяющая преимущества высокого входного сопротивления МОП-транзисторов и низкого сопротивления и малого времени переключения биполярных транзисторов. Выпускаемые по этой технологии приборы получили название «биполярный транзистор с изолированным затвором» (Insulated Gate Bipolar Transistors, IGBT). Транзисторы быстро заняли достойное место на рынке приложений, для которых требовалось большой рабочий ток (десятки Ампер), высокое рабочее напряжение (400 В и более) и высокая частота переключения (более 100 кГц). Основными производителями IGBT-транзисторов являются компании IR, Fairschild, Infineon и ST.

В данной статье будут рассмотрены принципы работы IGBT-транзисторов, IGBT транзисторы компании ST и интеллектуальные силовые модули компании ST, основанные на IGBT-транзисторах.

 

Что такое IGBT-транзисторы?

Биполярные транзисторы с изолированным затвором — это приборы на неосновных носителях заряда с высоким входным импедансом, характерным для полевых транзисторов, и большим допустимым током в открытом состоянии, характерным для биполярных транзисторов. Большинство разработчиков рассматривают IGBT как приборы с входными характеристиками МОП-транзисторов и выходными характеристиками биполярных транзисторов, которые объединены в управляемый напряжением биполярный транзистор. Транзисторы со структурой IGBT были созданы, чтобы использовать преимущества силовых MOSFET и биполярных транзисторов. В результате появились приборы с функциональной интеграцией силовых MOSFET и биполярных транзисторов в монолитном виде. IGBT соединяют в себе лучшие качества обоих типов.

IGBT можно использовать во многих приложениях силовой электроники, особенно в драйверах систем управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) для сервомоторов и трехфазных асинхронных двигателей, для которых требуется большой динамический диапазон управления и малый уровень электромагнитных помех. Кроме того, IGBT можно использовать в источниках бесперебойного питания (ИБП, UPS), импульсных источниках питания (SMPS), и других силовых схемах, для которых требуется высокая частота переключения. IGBT позволяют улучшить динамическую производительность и эффективность, и уменьшают уровень электромагнитных излучений. Они великолепно подходят для схем конвертеров, работающих в резонансном режиме.

Доступны IGBT, оптимизированные как для низких значений потерь, связанных с конечной проводимостью, так и для низких значений потерь, связанных с зарядом переключения.

IGBT, по сравнению с силовыми MOSFET и биполярными транзисторами имеют следующие основные преимущества:

1. В открытом состоянии из-за модуляции проводимости они имеют очень маленькое падение напряжения и чрезвычайно большую допустимую плотность. Возможность изготовления транзисторов в миниатюрных корпусах значительно снижает их стоимость.

2. Малая мощность управления и простая схема управления за счет МОП-структуры входного каскада. Обеспечивают возможность более простого управления, чем для приборов с токовым управлением (тиристор, биполярный транзистор) в высоковольтных и высокочастотных приложениях.

3. Широкая область надежной работы (SOA). Приборы имеют большую возможность проводить ток по сравнению с биполярными транзисторами. Кроме того, транзисторы хорошо проводят ток в прямом направлении и практически не проводят в обратном.

 

Основные недостатки IGBT:

1. Скорость переключения ниже, чем у силовых MOSFET и выше, чем у биполярных транзисторов. При закрывании транзистора ток коллектора имеет хвост за счет небольшой проводимости, вызванной малой скоростью закрывания.

2. Возможность «защелкивания» из-за внутренней тиристороподобной PNPN-структуры.

IGBT-структура пригодна для повышения значения запирающего напряжения (напряжение отсечки). В случае силовых MOSFET с увеличением напряжения отсечки резко растет сопротивление канала транзистора в открытом состоянии из-за увеличения удельного сопротивления и ширины области дрейфа носителей заряда, необходимой для поддержания высокого рабочего напряжения. По этим причинам обычно избегают разрабатывать силовые MOSFET, рассчитанные на большой допустимый ток, с высоким значением запирающего напряжения. Напротив, для IGBT удельное сопротивление области дрейфа носителей заряда существенно уменьшается за счет высокой концентрации инжектированных носителей заряда вызванных протеканием тока в открытом состоянии. Прямое падение напряжения на области дрейфа начинает зависеть от ее толщины и не зависеть от начального удельного сопротивления.

 

Устройство IGBT транзистора

Транзисторы IGBT объединяют преимущества силовых MOSFET и биполярных транзисторов. Упрощенно можно считать, что структура IGBT является комбинацией двух приборов. Как показано на рисунке 1, на входе IGBT имеется структура MOS-затвора, а на выходе — структура PNP-транзистора с широкой базой.

 

 

Рис. 1. Схематическое представление N-канального IGBT

 

Управляющий базовый ток для PNP-транзистора поступает из канала входного MOSFET. Кроме PNP-транзистора, имеется еще и NPN-транзистор, который предназначен для деактивации короткого замыкания между базой и эмиттером за счет слоя металла, образующего исток MOSFET. Четырехслойная структура PNPN, получающаяся от комбинации PNP и NPN транзистора формирует структуру тиристора, которая приводит к возможности «защелкивания». В отличие от мощного MOSFET-транзистора, IGBT не имеет интегрального обратно смещенного диода, который в MOSFET-транзисторах существует паразитно, и поэтому в случае необходимости в IGBT в транзистор вводится быстрый диод.

 

Технологии PT и NPT изготовления IGBT-транзисторов

IGBT называется PT (punch-through) или асимметричным, если имеется N+ буферный слой между P+ подложкой и N- областью дрейфа. В противном случае, он называется NPT (non-punchthrough) или асимметричным IGBT. N+ буферный слой увеличивает скорость выключения транзистора путем уменьшения инжекции неосновных носителей заряда и увеличения скорости рекомбинации при переключении транзистора. Кроме того, вероятность «защелкивания» также уменьшается за счет уменьшения коэффициента усиления по току PNP-транзистора. Основная проблема состоит в том, что увеличивается падение напряжения на открытом транзисторе. Однако толщину дрейфовой области N- можно уменьшить путем подачи напряжения прямого смещения. В результате уменьшится падение напряжения на открытом транзисторе. Следовательно, PT-IGBT имеют более удачные характеристики по сравнению с NPT-IGBT в отношении скорости переключения и прямого падения напряжения. В настоящее время большинство серийных IGBT выпускается по PT-IGBT технологии. Возможности прямого и обратного запирания IGBT приблизительно равны, поскольку определяются толщиной и удельным сопротивлением одного и того же дрейфового слоя N-. Обратное напряжение для PT-IGBT транзистора, который содержит буферный слой N+ между подложкой P+ и областью дрейфа N-, уменьшается до десятков вольт из-за наличия высоколегированных областей с обеих сторон зоны J1.

Ряд IGBT, изготавливающихся без буферного слоя N+, называются NPT (non-punch through) IGBT, в то время как транзисторы, у которых присутствует данный слой, называются PT (punch-through) IGBT. При правильном выборе степени легирования и толщины буферного слоя, его присутствие может значительно увеличить производительность транзисторов. Несмотря на физическое сходство, работа IGBT больше напоминает работу мощного биполярного транзистора, чем мощного MOSFET. Это происходит из-за того, что слой подложки P+ (инжекционный слой) отвечает за инжекцию неосновных носителей заряда в область дрейфа N-, что приводит к модуляции удельного сопротивления.

Технологически транзистор IGBT получают из транзистора MOSFET путем добавления еще одного биполярного транзистора структуры PNP. Эквивалентная крутизна IGBT значительно превышает крутизну MOSFET, и ее значением можно управлять на этапе изготовления IGBT. Еще одним достоинством IGBT является значительное снижение (по сравнению с MOSFET) последовательного сопротивления силовой цепи в открытом состоянии. Благодаря этому снижаются тепловые потери на открытом транзисторе.

По результатам исследований было выяснено, что у IGBT отсутствует участок вторичного пробоя, характерный для обычных биполярных транзисторов. Быстродействие IGBT ниже, чем у MOSFET, но выше, чем у биполярных транзисторов, поэтому их используют на частотах порядка 100 кГц. Ограничение скорости переключения IGBT кроется в конечном времени жизни неосновных носителей в базе PNP-транзистора. Накопленный в базе PNP-транзистора заряд вызывает характерный «хвост» тока при закрывании IGBT. Причина этого заключается в том, что как только имеющийся в составе IGBT-транзистора MOSFET закрывается, в силовой цепи начинается рекомбинация неосновных носителей заряда, которая предшествует возникновению «хвоста». Этот «хвост» служит причиной основных тепловых потерь и требует введения так называемого «мертвого времени» в схемах управления мостовыми и полумостовыми инверторами. Поскольку база PNP-транзистора сделана недоступной извне, то меры по уменьшению «хвоста» можно принять только на этапе изготовления транзистора. На рисунке 2 показана упрощенная схема полумостового инвертора.

 

 

Рис. 2. Упрощенная схема полумостового инвертора

 

IGBT-транзисторы компании ST

Все выпускаемые компанией ST IGBT транзисторы можно разделить на три основные категории:

1. IGBT с рабочим напряжением 400 В для силовых инверторов,

2. IGBT с рабочим напряжением 600 В для мостовых и полумостовых драйверов управления электродвигателями в стационарных устройствах,

3. IGBT с рабочим напряжением 900…1300 В для силовых модулей и систем управления электродвигателями электромобилей.

Наиболее массовой является категория транзисторов с рабочим напряжением 600 В.

В таблицах 1, 2, 3 показаны характеристики некоторых IGBT каждой из указанных категорий.

Таблица 1. IGBT с рабочим напряжением 400 В  

Наименование	Напря-жение коллектор-эмиттер (Vces) max, В	Ток кол-лектора (I_C) (@ Tc = 100°C) max, А	Vce(sat) (при Tc = 125°C) тип., В	Ток кол-лектора(IC_DC) (@ Vce(sat)) тип., А	Потери на пере-ключение (Eoff) (при Tc=125°C) тип, мДж	Анти парал-лельные диоды	Частота переклю-чения max, кГц	Рассеива-емая мощность(PD) max, Вт	Тип корпуса
STGB10NB37LZ	410	10	1,3	20	8,7	–	1	125	D2PAK
STGP10NB37LZ	410	10	1,3	20	8,7	–	1	125	TO-220
STGB10NB40LZ	410	10	1,3	20	8,7	–	1	150	D2PAK
STGB18N40LZ	390	30	1,3	10	–	–	1	125	D2PAK; TO-220
STGD18N40LZ	390	25	1,3	10	–	–	1	125	DPAK; IPAK
STGP18N40LZ	390	30	1,3	10	–	–	1	150	TO-220
STGB20NB37LZ	400	20	1,3	20	17,8	–	1	200	D2PAK
STGB20NB41LZ	410	20	1,3	20	18,4	–	1	200	D2PAK
STGB35N35LZ	350	30	1,35	15	–	–	1	176	D2PAK; TO-220
STGP35N35LZ	350	30	1,35	15	–	–	1	176	TO-220

 

Таблица 2. IGBT с рабочим напряжением 600 В и током более 50 А  

Наименование	Напря-жение коллектор-эмиттер (Vces) max, В	Ток кол-лектора (I_C) (@ Tc = 100°C) max, А	Vce(sat) (при Tc = 125°C) тип., В	Ток кол-лектора(IC_DC) (@ Vce(sat)) тип., А	Потери на пере-ключение (Eoff) (при Tc=125°C) тип, мДж	Анти парал-лельные диоды	Частота переклю-чения max, кГц	Рассеива-емая мощность (PD) max, Вт	Тип корпуса
STGE50NC60VD	600	50	1,7	40	1.4	Ultra Fast	50	260	ISOTOP
STGE50NC60WD	600	50	1,9	40	0,9	Ultra Fast	100	260	ISOTOP
STGW50H60DF	600	50	2,1	50	1,1	Ultra Fast	50	360	TO-247
STGW50HF60S	600	60	1,05	30	7,8	No	1	284	TO-247
STGW50HF60SD	600	50	1,05	30	7,8	Low Drop	1	284	TO-247
STGW50NC60W	600	50	1,9	40	0,9	–	100	278	TO-247
STGY50NC60WD	600	50	1,9	40	0,9	Ultra Fast	100	278	Max247
STGWA60NC60WDR	600	60	1,9	40	0,9	Ultra Fast	100	340	TO-247 long leads
STGW60H65F	650	60	2,1	60	1,4	–	100	360	TO-247
STGE200NB60S	600	150	1,2	150	92	–	1	600	ISOTOP

 

Таблица 3. IGBT с рабочим напряжением 900…1300 В  

Наименование	Напря-жение коллектор-эмиттер (Vces) max, В	Ток Кол-лектора (I_C) (@ Tc = 100°C) max, А	Vce(sat) (при Tc = 125°C) тип., В	Ток кол-лектора (IC_DC) (@ Vce(sat)) тип., А	Потери на переклю-чение (Eoff) (при Tc=125°C) тип, мДж	Анти парал-лельные диоды	Частота переклю-чения max, кГц	Рассеива-емая мощность(PD) max, Вт	Тип корпуса
STGW30N90D	900	30	2

характеристики, принцип действия, применение :: SYL.ru

IGBT-транзистор – это устройство с изолированным затвором. Сфера применения его очень широка. Чаще всего его можно встретить в электроприводах, которые используются как в быту, так и в промышленности. Дополнительно указанные транзисторы необходимы для работы корректоров мощности. Источники бесперебойного питания, которые используются для персональных компьютеров, без них также не могут работать.

В некоторых случаях транзисторы данного типа целесообразно устанавливать на сварочные инверторы. Там они заменяют обычные полевые аналоги. В конечном счете следует упомянуть об источниках питания. В данном случае они выполняют там роль проводника.

Как устроен транзистор?

Различные модели по своей структуре являются похожими, и схемы на IGBT-транзисторах имеются идентичные. В центральной части устройства располагается эмиттер. Под ним находится база, которая имеет определенную толщину. Коллектор в устройстве находится над эмиттером. При этом его переход может быть также различной ширины. Дополнительно следует отметить, что у коллектора имеется свой выход.

Принцип работы устройства

В приборах используются различные IGBT-транзисторы. Принцип работы их основан на колебаниях предельной частоты. При этом параметр полосы пропускания также изменяется. В зависимости от размера базы, номинальное напряжение системой выдерживается разное. При подаче тока на эмиттер он изменяет свою полярность.

Дальше у его основы проходит процесс преобразования. При этом переходы устройства не задействуются. Для увеличения предельной частоты к цепи подключается коллектор. Через его переходы ток поступает на базу. Последняя фаза преобразования происходит на выходе через проводники. Драйверы IGBT-транзисторов подбираются, исходя из серии модели.

Какие основные параметры у него есть?

Основным параметром транзистора принято считать предельную частоту. Измеряется этот показатель в Гц. На его величину влияет толщина базы устройства. Дополнительно следует учитывать пороговое напряжение прибора. В свою очередь, точность слежения зависит от пропускной способности коллектора. Переходы в данном случае осуществляются через базу. Для эмиттера основным параметром принято считать скорость отклика сигнала. Измеряется данный показатель в мс.

Транзисторы серии IRG4BC10K

Данные IGBT-транзисторы характеристики имеют хорошие и отличаются они довольно прочным корпусом. При этом база устанавливается толщиною ровно 1,1 мм. За счет этого пропускная способность устройства довольно хорошая. Дополнительно следует отметить высокую проводимость эмиттера. С лучевыми конденсаторами данные устройства работать не способны.

В свою очередь, для модуляторов указанные транзисторы подходят хорошо. Точность слежения устройства в конечном счете будет зависеть от многих параметров. В первую очередь важно учитывать пороговое напряжение на входе. Если оно превышает 20 В, то перед транзистором многие специалисты советуют устанавливать двоичную шину. Таким образом, отрицательное сопротивление в цепи можно значительно снизить.

Переходы эмиттера в устройстве существует возможность регулировать через изменения показателя индуктивности. Если рассматривать обычные преобразователи, то там для этих целей дополнительно устанавливаются регуляторы. Для того чтобы понять, как проверить IGBT-транзистор IRG4BC10K, необходимо ознакомиться с устройством мультиметра.

Параметры транзистора серии IRG4BC8K

Серия IRG4BC8K – это новые IGBT-транзисторы. Принцип работы их основан на изменении прохода. При этом параметр предельной частоты прибора будет зависеть от скорости процесса преобразования. База в указанной модели толщину имеет 1,3 мм. В связи с этим номинальное напряжение на входе устройство способно выдерживать на уровне 4 В.

Дополнительно следует учитывать, что для усилителей представленная модель не годится. Связано это в большей степени с малой скоростью переходов. Однако преимуществом этой модели можно назвать низкий порог сопротивления. В связи с этим в регуляторах мощности данный прибор способен работать довольно успешно. Некоторые специалисты его также устанавливают в различные электроприводы.

Применение моделей IRG4BC17K

Применение IGBT-транзисторов IRG4BC17K очень широко. Указанная модель проводников имеет всего два. Толщина базы в данном случае равняется 1,2 мм. Параметр предельной частоты устройства в среднем не превышает 5 Гц. За счет этого отрицательное сопротивление системой выдерживается довольно большое. Эмиттер в данном случае обладает высокой проводимостью.

Управление IGBT-транзистором осуществляется через смену фазы в цепи. Используется конкретно эта модель чаще всего в регуляторах мощности. Дополнительно многие специалисты устанавливают эти транзисторы в качестве проводников в устройства бесперебойного питания.

Особенности модели IRG4BC15K

Указанный IGBT-транзистор отличается наличием буферного слоя в эмиттере. Пропускная способность достигает 4 мк. Для регулировки переходов используется подложка. С лучевыми конденсаторами устройства данного типа работать не способны. Дополнительно следует учитывать, что в преобразователи эти модели устанавливаются довольно редко. Связано это в большей степени с тем, что точность слежения у устройств очень низкая. Однако некоторые специалисты для решения этой проблемы устанавливают в начале цепи двоичные шины.

Для того чтобы корректно работали IGBT-транзисторы, проверка их мультиметром должна осуществляться как можно чаще. С регуляторами IRG4BC15K используются довольно часто. В этом случае особое внимание следует уделять параметру индукции, а также пороговому напряжению. Если оно на входе превышает 40 В, то процесс размагничивания эмиттера будет происходить довольно быстро. Использоваться IRG4BC15K способен при температуре свыше 40 градусов. Работа IGBT-транзистора основана на изменении предельной частоты. Регулировать ее можно несколькими способами.

В усилителях это происходит за счет быстрой смены фазы. Если рассматривать устройства бесперебойного питания, то там многое зависит от типа конденсаторов. При использовании аналоговых модификаций смена параметра предельной частоты осуществляется за счет переключения подложки. Для того чтобы понять, как проверить IGBT-транзистор IRG4BC15K, необходимо ознакомиться с устройством мультиметра.

Область применения транзистора IRG4BC3K

Данная модель, как правило, используется в электроприводах различной мощности. Если рассматривать промышленные модификации, то там они играют роль проводников. Для увеличения показателя чувствительности устройства многие специалисты советуют использовать двоичную шину в цепи. Также следует учитывать, что конденсаторы должны устанавливаться только закрытого типа. Все это необходимо для того, чтобы тепловые потери в цепи были минимальными. В результате пропускная способность эмиттера, который располагается в транзисторе, будет максимальной.

В устройствах бесперебойного питания IRG4BC3K устанавливаются довольно редко. В первую очередь это обусловлено высоким показателем отрицательного сопротивления в цепи на уровне 5 Ом. Также еще одной проблемой в данной ситуации является медленный процесс преобразования. Для того чтобы понять, как проверить IGBT-транзистор мультиметром, необходимо ознакомиться с инструкцией к устройству.

Установка транзистора в электропривод

Устанавливают мощные IGBT-транзисторы на электропривод только возле двоичной шины. В данном случае целесообразнее подбирать модель с базой не более 1,2 мм. Все это необходимо для того, чтобы пропускная способность устройства не превышала в конечном счете 3 мк. Дополнительно многие специалисты советуют обращать внимание на параметр отрицательного сопротивления в цепи. В среднем он колеблется в районе 9 Ом. Для того чтобы переходы в устройстве происходили корректно, вышеуказанный параметр не должен превышать 11 Ом.

Лучевые конденсаторы в электроприводах лучше не использовать. В этом плане более умным будет установить аналоги закрытого типа. За счет этого можно значительно снизить тепловые потери. Наиболее распространенными проблемами в данной ситуации можно считать перегорание коллектора в транзисторе. Происходит это, как правило, из-за резкого повышения порогового напряжения.

Дополнительно проблема может заключаться в неправильном подсоединении транзистора к цепи. Выходной его проводник должен в обязательном порядке соединяться с анодом. При этом скорость отклика должна составлять как минимум 5 мс. Обработка контуров, в свою очередь, может быть разной. В данной ситуации многое зависит от ширины полосы пропускания устройства.

Транзистор в блоке питания на 5 В

Транзистор в блоке питания на 5 В может устанавливаться без двоичной шины. При этом предельное напряжение на входе регулировать можно. Для того чтобы повысить порог чувствительности устройства, многие в цепи дополнительно используют лучевые конденсаторы. Однако в такой ситуации может повыситься пороговое выходное напряжение. Принцип работы транзистора в блоке питания заключается в преобразовании тока. При этом параметр предельной частоты также изменяется. Происходит это через смену переходов в коллекторе.

Транзисторы у блоков на 10 В

Для того чтобы блок питания успешно функционировал, транзистор для него следует подбирать с базой не менее 1,1 мм. При этом переходы должны осуществляться со скоростью отклика в 6 мс. При таких параметрах можно надеяться на хорошую проводимость тока. Дополнительно следует учитывать предельную нагрузку на устройство.

В среднем данный показатель колеблется в районе 3 А. За счет резкого повышения отрицательного сопротивления в цепи силовые транзисторы IGBT могут перегореть. Чтобы предотвратить такие ситуации, важно использовать двоичную шину. Дополнительно следует обращать внимание на расположение конденсаторов на микросхеме. Некоторые специалисты в данном вопросе советуют смотреть на параметр полосы пропускания. Если конденсаторы в блоке питания находятся попарно, то тепловые потери при этом буду минимальными. Обратная связь в данном случае происходит довольно быстро, если транзистор отвечает всем требованиям блока.

Устройства в блоке на 15 В

Транзисторы для блока такой мощности подходят только с базами не менее 1,5 мм. При этом затворы на них должны быть установлены кремниевого типа. Конденсаторы для блоков можно использовать различные. В конечном счете важно следить за параметром порогового напряжения. Еще важно брать во внимание характеристики конденсаторов. Если износ их проводников осуществляется довольно быстро, то нагрузка на транзистор оказывается большая.

Транзисторы в регуляторах освещения

Транзисторы для регуляторов являются необходимыми. В первую очередь они играют роль проводников. Дополнительно они принимают участие в процессе преобразования тока. В данном случае изменение полярности тока происходит через эмиттерные переходники. Также следует учитывать, что уровень отрицательного сопротивления тесно связан с чувствительностью устройства.

Для того чтобы минимизировать тепловые потери транзистора, в регуляторе необходимо использовать двоичную шину. Также многие специалисты в этой области советуют новичкам применять конденсаторы в цепи только закрытого типа.

Транзисторы для инверторов солнечных батарей

Транзисторы для инверторов солнечных батарей необходимо подбирать исходя из показателя дифференциального сопротивления. В среднем данный параметр колеблется в районе 5 Ом. Дополнительно специалисты советуют обращать внимание на базу устройства. Ели ее толщина превышает 1,3 мм, то в инверторе могут происходить довольно резкие спады температуры.

Связано это с медленным откликом сигнала. Дополнительно важно помнить о чувствительности устройства. Для повышения данного параметра многие устанавливают рядом с транзисторами еще двоичные шины. За счет этого также в цепи повышается параметр предельного напряжения до 3 В. Однако в данном случае многое зависит от типа инвертора. Еще важно учитывать амплитуду модуляции, которая влияет на работу транзистора.

Модели в устройствах бесперебойного питания

Большинство транзисторов для установки в устройства бесперебойного питания годятся. При этом необходимо обращать внимание только на толщину базы. В данном случае она не должна превышать 1,4 мм. Еще некоторые специалисты советуют осматривать транзистор на наличие дополнительного проводника. На сегодняшний день многие производители выпускают именно такие модификации.

Связано это с тем, что полоса пропускания у них значительно повышается. Однако к недостаткам следует отнести низкую скорость отклика сигнала. Также важно учитывать, что у них в последнее время наблюдаются определенные проблемы, связанные с установкой двоичной шины рядом.

Транзистор IRG4BC10K для регулятора мощности

Для регулятора мощности данные транзисторы подходят идеально. Принцип работы указанной модели заключается в изменении предельной частоты в устройстве. Осуществляется это через смену перехода. При этом важно учитывать, что толщина базы в данном случае составляет ровно 1.2 мм. Помимо прочего надо отметить высокую пропускную способность транзистора на уровне 23 мк. Все это было достигнуто за счет увеличения мощности коллектора. Устанавливать данный элемент в регуляторе целесообразнее возле модулятора.

Также нужно заранее рассчитать уровень отрицательного сопротивления. Все это необходимо для того, чтобы минимизировать риск резкого повышения температуры внутри системы. В конечном счете это приведет к прогоранию коллектора в транзисторе. Также многие специалисты в данной ситуации считают не лишним позаботиться о зачистке проводников. Все это необходимо для того, чтобы увеличить скорость отдачи сигнала. При этом чувствительность прибора также повысится.

Транзистор IRG4BC13K для регулятора мощности

IGBT-транзистор данного типа оснащен специальным кремниевым затвором. Пропускная способность эмиттера в данном случае составляет более 4 мк. Для того чтобы повысить чувствительность коллектора, многие специалисты советуют применять двоичные шины. Устанавливаются они в регуляторе сразу за транзистором. Также важно учитывать параметр выходной мощности устройства.

Если он превышает 40 В, то двоичную шину в такой ситуации лучше не использовать. В противном случае тепловые потери будут довольно значительные. Еще одна проблема с транзисторами данной серии заключается в быстром перегреве коллектора. Происходит это при смене фазы. Связан этот процесс, как правило, с понижением индукции. Для того чтобы исправить эту ситуацию, важно поменять в регуляторе конденсаторы. Некоторые специалисты вместо закрытых элементов устанавливают полевые аналоги.

Модель IRG4BC19K для регулятора мощности

Данный IGBT-транзистор на сегодняшний день в регуляторах мощности встречается довольно часто. Обусловлен этот факт в первую очередь его большой пропускной способностью. Также следует отметить, что затвор в нем стандартно применяется кремниевый. Параметр отрицательного сопротивления при использовании данного транзистора не должен превышать 5 Ом. В противном случае пользователь столкнется с перегревом коллектора.

Также параллельно может пострадать база устройства. Исправить такие повреждения в транзисторе затем будет невозможно. Для того чтобы минимизировать риски в регуляторе, лучше устанавливать конденсаторы закрытого типа. За счет своей повышенной чувствительности они способны значительно ускорить процесс передачи сигнала. При этом ширина пропускания тока зависит от модулятора, который используется в регуляторе мощности.

Транзисторы Trench IGBT шестого поколения

28 ноября 2007

 

 

 

Особенности технологии и преимущества по отношению к предыдущим поколениям IGBT

Основные отличия в характеристиках транзисторов нового и предыдущих поколений обусловлены особенностями строения кристалла. Новые IGBT шестого поколения относятся к типу DS (Depletion Stop) Trench IGBT. Кристалл такого транзистора содержит вертикально расположенный затвор и слой, блокирующий носители (depletion stop) (рис. 1).

Рис. 1. Эволюция кристалла IGBT

Рис. 2. Эволюция комплексной эффективности поколений IGBT

Лучшие тепловые характеристики транзисторов этого типа достигаются за счет минимальной толщины (70 мкм) пластин. Благодаря применению технологии trench, затвор расположен вертикально, что способствует существенному снижению площади ячейки. У транзисторов шестого поколения площадь ячейки меньше по сравнению с предыдущими поколениями на 40%. Благодаря этому кристалл становится более компактным или существенно возрастает ток транзистора (до 60%) при равноценной площади кристалла. У вертикального затвора, в отличие от планарного, отсутствуют горизонтальные участки протекания тока. Ток течет к коллектору по кратчайшему пути, что обеспечивает снижение потерь на проводимость. В этом отношении транзисторы IR схожи с аналогами других производителей, но отличаются от них тем, что обладают более высокой комплексной эффективностью. А благодаря самому низкому уровню потерь всех видов, Trench IGBT занимают первое место и среди IGBT, производимых компанией.

Самое низкое падение на транзисторе в открытом состоянии позволяет рекомендовать их в качестве наиболее эффективных приборов для приложений, где потери на проводимость являются превалирующим фактором.

Вследствие расширения диапазона рабочих частот ШИМ, учет потерь на переключение в транзисторах при проектировании современных импульсных источников питания и электропривода играет не меньшую роль, чем учет потерь на проводимость. До последнего времени предлагаемые на рынке Trench IGBT по этому показателю уступали NPT IGBT по потерям на переключение и по их суммарной мощности. Trench IGBT 6-го поколения производства IR разрабатывались так, чтобы все составляющие потерь на переключение были лучше, чем у предшественников. Энергия включения у них до 25% ниже, чем у PT IGBT поколения 4 и NPT IGBT поколения 5 во всем диапазоне токов коллектора. Основная доля в балансе потерь на переключение, благодаря наличию так называемого «хвоста», приходится на процесс выключения IGBT. У новых Trench IGBT путем уменьшения длины «хвоста» удалось сделать траекторию переключения более плавной, чем у NPT IGBT. Благодаря этому энергия выключения стала ниже на 10…20%, чем у NPT IGBT. Благодаря перечисленным преимуществам, а также более низкому заряду затвора (потери на управление), с появлением новых Trench IGBT отпала необходимость применять широкую номенклатуру транзисторов различных частотных диапазонов, оптимизированных для узкоспециализированных задач. То есть новые транзисторы являются универсальным средством решения широкого круга проблем.

Жесткие современные ограничения мощности помех, генерируемых преобразовательными устройствами, делают это показатель одним из самых актуальных. Низкий уровень излучаемых помех позволяет применять менее дорогие и более компактные сетевые фильтры, то есть понизить стоимость изделия. Уровень помех определяется плавностью изменения тока в режиме выключения на хвостовом участке.

Благодаря более компактным размерам ячейки и пониженным потерям, нагрузочная способность по току для кристалла с площадью, равной площади кристалла с планарным затвором, может повышаться до 60%. Более высокая токовая отдача Trench IGBT позволяет помещать кристаллы в компактные и менее дорогие корпуса транзисторов.

По устойчивости к ложному переключению Trench IGBT 6-го поколения занимают промежуточное положение между PT IGBT и NPT IGBT. Паразитного включения Trench IGBT не происходит при скорости нарастания напряжения (dV/dt) 6…10 кВ/мкс в зависимости от тока коллектора, что выше, чем у NPT IGBT (4…8 кВ/мкс) но уступает PT IGBT (10…15 кВ/мкс). Аналогично новые транзисторы занимают промежуточное положение по устойчивости к паразитному выключению вследствие высокой скорости изменения тока (dI/dt). Для Trench IGBT граничная величина dI/dt равна 650 А/мкс, что близко к PT IGBT (700 А/мкс) и выше чем у NPT IGBT (350 А/мкс).

Еще одной важной особенностью IGBT является чувствительность к минимальной длительности импульса отпирания. Trench IGBT, как и PT IGBT четвертого поколения, способны полностью переключиться при длительности управляющего импульса менее 1 мкс. Для уверенного переключения NPT IGBT требуются импульсы длительностью более 1 мкс.

Все Trench IGBT способны выдерживать режим короткого замыкания до 5 мкс. Они нормируются на устойчивость к короткому замыканию в течение 5 мкс при отношении тока короткого замыкания к номинальному току, равном четырем. У NPT IGBT и PT IGBT это отношение составляет десять.

Для разработчиков преобразовательной техники наибольший интерес представляет то, как все перечисленные преимущества реализуются в росте эффективности инвертора.

Структура потерь мощности инвертора, используемого в электроприводе (рис. 3), указывает на то, что c Trench IGBT могут конкурировать «быстрые» IGBT четвертого поколения, но только на стандартной промышленной частоте ШИМ 4 кГц и ниже, и только по потерям на проводимость. При этом они проигрывают по балансу потерь мощности за счет более высоких потерь на переключение.

Рис. 3. Сравнение структуры потерь мощности инвертора при различных частотах ШИМ

Номенклатура Trench IGBT IR и рекомендации по замене транзисторов предыдущих поколений

Семейство DS Trench IGBT производства IR (поколения 6) поставляется в настоящее время в виде кристаллов и в стандартных корпусах. Характеристики транзисторов специфицированы при температурах кристалла вплоть до 175°С. Транзисторы нормированы на максимальное напряжение «коллектор-эмиттер» 600 В и выпускаются для диапазона токов коллектора Ic от 4 А до 48 А при температуре корпуса 100°С. Все транзисторы специфицированы на устойчивость к короткому замыканию в течение 5 мкс. Все корпусированные приборы выполнены по схеме Co-Pack (имеют встроенный антипараллельный ультрабыстрый диод). Новые транзисторы отличает низкая полная энергия потерь Ets и низкое падение напряжения. Пороговое напряжение отпирания затвора находится в диапазоне 4…6,5 В. Все транзисторы выпускаются в бессвинцовом исполнении. Краткие технические характеристики устройств даны в таблице 1.

Таблица 1. Номенклатура Trench IGBT поколения 6 

Типономинал	Корпус	Vces, B	Vce(on), B typ/max	Ic, A 25°C/100°C	Icm, A	Pd, Вт 25C	Qgtyp, нК	Eon, мкДж	Eoff, мкДж
IRGB4045DPBF	TO-220AB	600	1,7/2,00	12/6	20	77	13	56	122
IRGB4056DPBF	TO-220AB	600	1,55/1,85	24/12	48	140	25	75	225
IRGB4059DPBF	TO-220AB	600	1,75/2,05	8/4	16	56	9	35	75
IRGB4060DPBF	TO-220AB	600	1,55/1,85	16/8	32	99	19	70	145
IRGB4061DPBF	TO-220AB	600	1,65/1,95	36/18	72	206	35	95	350
IRGI4061DPBF	TO-220 FullPak	600	1,35/1,59	20/11	40	43	35	95	350
IRGP4062DPBF	TO-247AC	600	1,6/1,95	48/24	96	250	50	115	600
IRGP4063DPBF	TO-247AC	600	1,65/2,14	96/48	192	330	95	625	1275
IRGB4064DPBF	TO-220AB	600	1,6/1,91	20/10	40	101	21	29	200
IRGP4068D-EPBF	TO-247AC	600	1,65/2,14	96/48	192	330	95		1275
IRGP4068DPBF	TO-247AC	600	1,65/2,14	96/48	192	330	95		1275

Trench IGBT 6 поколения, как и NPT IGBT, имеют прямоугольную зону безопасной работы. Антипараллельный сверхбыстрый диод специфицирован на токи, равноценные токам транзистора, что важно при использовании транзисторов в инверторах электропривода. Благодаря более низким потерям на переключение, они могут работать в более широком диапазоне частот ШИМ, чем транзисторы предыдущих поколений (до 30 кГц). Почти все перечисленные в таблице транзисторы универсальны. Они являются эффективной альтернативой в электроприводе и источниках питания как приборам NPT IGBT, так и приборам PT IGBT любого частотного диапазона — от низкочастотных до WARP. Характеристики транзисторов IRGP4068DPBF и IRGP4068D-EPBF оптимизированы для применения в резонансных источниках питания устройств индукционного нагрева (промышленных и бытовых). Возможные варианты замен транзисторов предыдущих поколений представлены в таблице 2.

Таблица 2. Возможные замены PT IGBT, NPT IGBT на Trench IGBT

Поколение 6		Поколение 5	Поколение 4
Trench IGBT	Iс, A Tc = 100°C	NPT IGBT	PT IGBT
IRGB4059DPBF	4,0	IRGB4B60KD1	IRG4BC10SD
			IRG4BC10KD
		IRGB6B60KD	IRG4BC15MD
			IRG4BC15UD
IRGB4060DPBF	8,0	IRGB8B60K	IRG4BC20SD
			IRG4BC20FD
			IRG4BC20MD
			IRG4BC20UD
			IRG4BC20KD
IRGB4056DPBF	12,0	IRGB10B60KD	IRG4B30SD
			IRG4B30FD
			IRG4B30MD
		IRGB15B60KD	IRG4BC30UD
			IRG4BC30KD
IRGB4061DPBF	18,0	IRGB15B60KD	IRG4B40SD
IRGB4062DPBF	24,0	IRGP20B60KD	IRG4B40FD
			IRG4BC40UD
			IRG4BC40KD
IRGB4063DPBF	48,0	IRGP30B60KD-E	IRG4PC50FD

Таблица 3. Возможные замены PT IGBT, NPT IGBT на Trench IGBT

Производитель	Ic, A Tc = 100°C	Vdc = 400 B, Ic = 10 A, Rg = 68 Ом, Tj = 150°C
		Типономинал	Td(on), нс	Tr, нс	Eon, мкДж	Tdoff, нс	Tf, нс	Eoff, мкДж	Ets, мкДж
Infineon	10,0	IKP10N60T	30	22	224	393	31	350	574
IR	12,0	IRGB4056D	41	26	265	170	20	255	520
Toshiba	10,0	GT10J321	64	45	368	355	20	306	674

Сравнение Trench IGBT IR с аналогами других производителей

При проектировании нового поколения транзисторов компанией IR был учтен опыт других производителей с целью создания конкурентоспособной продукции.

По потерям на проводимость (пропорциональным Vce(on)) транзисторы IR уступают Infineon на 10-15%, но превосходят транзисторы Toshiba почти на 50% (рис. 4).

Рис. 4. Сравнение падения напряжения насыщения IGBT различных производителей

Что касается динамических потерь, то за счет большего времени задержки при включении Td и времени нарастания при включении Tr у транзисторов IR потери мощности на включение Eon примерно на 15% выше, чем у транзисторов Infineon. Однако транзистор IR имеет в 2,3 раза более короткое время задержки при выключении Tdoff и на 50% более короткий «хвост» Tf, вследствие чего потери на выключение Eoff на 37% ниже. Поэтому полные потери на переключение Ets у транзисторов IR примерно на 10% ниже, чем у Infineon. По отношению к транзисторам Toshiba транзистор IR имеет преимущество как по всем составляющим потерь на переключение, так и по суммарной мощности потерь (до 30%).

Импульсный ток транзисторов Infineon ниже, чем у IR (кратность 3 и 4 соответственно).

Еще одной немаловажной характеристикой транзистора являются параметры затвора. От них зависят и мощность потерь на управление транзистором (стоимость реализации драйвера затвора), и опасность паразитного включения (усложнение схемы драйвера и повышение его стоимости). Результаты сравнения этих параметров приведены в таблице 4.

Таблица 4. Сравнение параметров затвора Trench IGBT

Vdc = 400 B, Ic = 10 A, Tj = 25°C
Производитель	Типономинал	Qgs, нK	Qgd, нK	Qgs/Qgd	Qg, нK
Infineon	IKP10N60T	2	35	0,06	62
IR	IRGB4056D	6	11	0,54	30

Транзисторы IR имеют вдвое более низкую мощность управления, отношение заряда «затвор-исток» Qgs к заряду «затвор-сток» Qgd у них несоизмеримо выше. Со снижением этого отношения вероятность паразитного включения (возможного отказа схемы) возрастает. Таким образом, транзисторы IR являются эффективной заменой продукции Toshiba во всех типах приложений, а транзисторы Infineon они могут заменить в приложениях, где важен, в первую очередь, полный баланс потерь или уровень потерь на переключение. 

PDP Trench IGBT IR

Транзисторы этого типа оптимизированы для применения в устройствах управления плазменными панелями. В силу особенностей плазменных панелей, представляющих собой с точки зрения управления емкостную нагрузку, ключевые приборы для таких устройств должны быстро включаться, обеспечивать высокие импульсные токи и иметь низкое падение напряжения в открытом состоянии. Они могут быть нормированы на напряжение не выше 300 В. Номенклатура этого семейства IGBT представлена в таблице 5.

Таблица 5. Номенклатура PDP Trench IGBT

Типономинал	Корпус	Vces, B	Vce(on), B typ/max	Ic, A 25°C/100°C	Pd, Вт 25°C	Qg, нК typ	Epulse, мкДж	Irp, А
IRGP4050	TO-247AC	250	1,64/1,90	104/56	330	230
IRGI4055PBF	TO-220 FullPak	300	1,25/1,45	28/14	39	62	975	205
IRGI4065PBF	TO-220 FullPak	300	1,10/1,35	36/18	46	62	975	205
IRGB4065PBF	TO-220AB	300	1,75/2,10	70/40	178	62	975	205
IRGP4065DPBF	TO-247AC	300	1,75/2,10	70/40	160	62	975	205
IRGP4065PBF	TO-247AC	300	1,75/2,10	70/40	178	62	975	205
IRGS4065PBF	D2-Pak	300	1,75/2,10	70/40	178	62	965	205
IRGB4055PBF	TO-220AB	300	1,70/2,10	110/60	255	132	915	270
IRGP4055DPBF	TO-247AC	300	1,70/2,10	110/60	255	132	915	270
IRGP4055PBF	TO-247AC	300	1,70/2,10	110/60	255	132	915	270
IRGS4055PBF	D2-Pak	300	1,70/2,10	110/60	255	132	915	270

Параметр Vce(on) в таблице представлен для максимального тока коллектора. В справочных листах он приведен для различных токов, и величина Vce(on) может быть существенно ниже. Особенностью работы PDP IGBT объясняется появление в таблице и справочных листах специфических параметров Epulse и Irp.

Epulse характеризует энергию импульса тока, суммирующую потери проводимости и потери на включение. В справочных листах приведена ее зависимость от пикового тока коллектора. Умножив ее на количество импульсов в секунду, можно вычислить мощность, рассеиваемую в ключе. Например, у транзистора IRGB4055PBF энергия Epulse равна 380 мкДж при токе 160 А. При частоте 10000 импульсов в секунду потери мощности на транзисторе составят 3,8 Вт. PDP IGBT оптимизированы так, что Epulse у них минимальна (в первую очередь благодаря очень низкому Vce(on)). Другой важной особеностью оптимизированных транзисторов является возможность обеспечивать высокие повторяющиеся пиковые токи коллектора (параметр Irp). Для этого в справочные листы введена зависимость Irp от температуры корпуса. И, наконец, важной особенностью новых транзисторов является их устойчивость к паразитному включению, что обеспечивает низкую вероятность сквозных токов в стойке. Хотя транзисторы этого семейства оптимизированы для применения в плазменных панелях, но благодаря низким потерям проводимости и высоким импульсным токам они могут быть использованы в различных преобразовательных устройствах (источниках питания, электроприводе и т.д.).

По вопросам получения технической информации, заказа образцов и поставки обращайтесь в компанию КОМПЭЛ. Е-mail: [email protected].

Высоковольтные драйверы сверхъярких светодиодов от IR 

Возможными приложениями для этих драйверов являются архитектурная и декоративная подсветка, цветомузыка, наружная и внутренняя сигнализация. Нормированные на напряжение 200 и 600 В ИС серии IRS254x содержат понижающий гистерезисный регулятор с задержкой для управления средним значением тока с погрешностью не более 5% на основе точной оценки разницы между текущим напряжением и максимально допустимым напряжением. Внешний бутстрепный контур верхнего уровня управляет работой ключевого обратноходового каскада на частотах до 500 кГц. Драйвер нижнего уровня используется при работе синхронного выпрямителя.

ИС серии IRS254x компенсируют вариации параметр

Седьмое поколение IGBT от IR: снизим потери при переключении

21 декабря 2011

International Rectifierстатья

Основной вопрос, который возникает у разработчиков, не применявших ранее IGBT — в каком случае применять их, а где стоит использовать классические MOSFET. Для того, чтобы разобраться в этом вопросе, необходимо провести аналогию между параметрами IGBT и MOSFET. Итак, рассмотрим основные параметры транзисторов, их функциональное соответствие и типичные значения.

V_ECS (Collector-to-Emitter Breakdown Voltage) — максимально-допустимое напряжение «коллектор-эмиттер». Является аналогом параметра V_DS MOSFET-транзисторов. Значение этого параметра для IGBT находится в пределах 300…1500 В.

I_C (Continuous Collector Current) — максимальный ток коллектора, аналог тока стока I_D. Диапазон значений для IGBT — 10…200 А.

V_GE (Gate-to-Emitter Voltage) — максимально допустимое напряжение «затвор-эмиттер», аналог параметра V_GS. Значения V_GE находятся в пределах ±20… ±30 В.

V_CE(on) (Collector-to-Emitter Saturation Voltage) — напряжение насыщения «коллектор-эмиттер», определяет потери проводимости в транзисторе, аналог R_ds(on) для MOSFET. Диапазон значений V_CE(on) 1,0…2,5 В.

E_ts(Total Switching Loss) — полные потери на переключения транзистора (измеряется в мкДж). Аналогом у MOSFET является заряд затвора Q_g.

P_d(Maximum Power Dissipation) — максимально возможная рассеиваемая мощность. Как и в случае MOSFET-транзисторов, значение данного параметра в значительной степени определяется типом корпуса транзистора.

Особенностью IGBT-транзисторов является снижение значений параметра, являющегося эквивалентом сопротивления канала MOSFET с увеличением тока, протекающего в IGBT-транзисторе. Воспользуемся конкретным примером сравнения двух различных MOSFET с IGBT, наглядно проиллюстрированном на рис. 1.

 

Рис. 1. Сравнение IGBT и MOSFET для различных рабочих токов

Из графика видно, что при токах свыше 33 А значение эквивалента R_ds(on) становится ниже реальных значений R_ds(on) для MOSFET с напряжением 150 В, что позволяет получить дополнительную эффективность при использовании IGBT. В случае использования MOSFET с напряжением 200 В при любых токах потери в IGBT-транзисторе значительно ниже.

Однако наравне с выделенными выше преимуществами IGBT-транзисторы проигрывают MOSFET по быстродействию. В отличие от MOSFET, способных работать на частотах в несколько мегагерц, пределом IGBT является порог в 30…40 кГц с существенным ухудшением токовой характеристики на частотах более 20 кГц. Данный факт иллюстрирует рисунок 2.

 

Рис. 2. Сравнение рабочих токов IGBT и MOSFET на различных частотах

Классификация IGBT компании IR

 

В зависимости от применяемой технологии изготовления все IGBT-транзисторы компании IR можно разделить на четыре поколения — G4…G7, топология которых приведена на рисунке 3.

 

Рис. 3. Топология различных поколений IGBT

Применение различных технологий производства позволяет добиться требуемого соотношения основных параметров транзисторов, что определяет их области применения. Как видно на рисунке, наряду с улучшенными характеристиками новые поколения транзисторов обладают и большей стоимостью. Это связано с увеличением общего числа слоев в структуре транзистора, а также усложнением технологических процессов их создания.

Качественную оценку основных характеристик транзисторов на напряжение 1200 В можно сделать, исходя из рис. 4.

 

Рис. 4. V_CE(on) vs. E_ts для различных поколений транзисторов

Из рисунка видно, что переход от поколения G4, изготавливаемого по punch-through (PT) технологии, к G5, изготавливаемому по non-punch-through (NPT) технологии, сопровождается девятикратным уменьшением потерь на переключение (параметр E_ts) и увеличением потерь на проводимость в 1,5 раза. Таким образом, поколение G5 больше подходит для применения в схемах с более высокими рабочими частотами, чем G4.

Переход к новым технологиям FS Trench (G6) и Epi-Trench (G7), позволил создать IGBT, которые совмещают в себе достоинства предыдущих поколений и обладают низкими значениями E_ts без увеличения потерь проводимости. Кроме того, падение рабочего тока транзистора с увеличением частоты у нового поколения G7 выражено не так ярко, как у транзисторов предыдущих поколений или у IGBT-транзисторов других производителей. Эти выводы можно сделать из рисунка 5, на котором приведена зависимость тока от частоты переключения для различных семейств транзисторов.

 

Рис. 5. V_CE(on) vs. E_ts для различных поколений транзисторов

Представленные поколения широко представлены на рынке электронных компонентов и перекрывают практически все области применения IGBT (см. таблицу 1).

Таблица 1. IGBT разных технологий 

	PT					NPT			FS Trench		Epi Trench
	S	F	U	W	K	U	W	K	K	U	S	F	U
Приборостроение		X	X		X	X		X		X		X	X
Пром. Двигатели					X			X	X
ККМ				X		X	X			X
ИБП	X		X	X		X	X			X	X		X
Солнечные батареи	X		X	X		X	X			X	X		X
Сварка	X		X			X				X	X		X
Индукционный нагрев			X							X			X
Интерфейсы	X										X
Источники питания			X	X		X	X			X			X
* красным цветом выделены изделия, находящиеся в разработке.

Строка, расположенная ниже обозначения технологий изготовления транзисторов, определяет тип транзистора с точки зрения его частотных характеристик. Максимальные рабочие частоты, а также значения параметров V_CE(on) и E_ts для каждой группы можно найти в таблице 2.

Таблица 2. Частотные характеристики IGBT

Название группы	Литера	Fsw, кГц	Vce(on), В	Ets, мДж
Стандарт (Standart)	S	<1	1,2	6,95
Быстрые (Fast)	F	1…8	1,4	2,96
Ультрабыстрые (Ultrafast)	U	8…30	1,7	1,1
Сверхбыстрые (Warp)	W	>30	2,05	0,34

Литера «К» в таблице 1 обозначает не скоростную группу транзистора, а служит отметкой о способности транзистора сохранять работоспособность в условиях короткого замыкания (Sort Circuit Safe Operation Area — SCSOA). Данный термин введен компанией IR для транзисторов, которые имеют дополнительную защиту против короткого замыкания. Данное свойство является крайне полезным при работе транзисторов на удаленную индуктивную нагрузку (двигатель). В этих условиях длинные линии подвержены сильным внешним помехам и случайным механическим повреждениям, которые могут привести к короткому замыканию выводов транзистора.

IR предлагает три степени защиты IGBT от короткого замыкания, которые определяются допустимой длительностью состояния КЗ (10 мкс, 6 мкс, 3 мкс), при котором, транзистор сохраняет работоспособность после устранения условий КЗ. Наличие подобной защиты приводит к незначительному (0,1…0,2 В) увеличению параметра V_CE(on).

Новинки в семействе G7

 

Компания IR постоянно совершенствует IGBT как на уровне улучшения характеристик кристаллов, так и путем внедрения инновационных технологий корпусирования. Новая номенклатура транзисторов седьмого поколения, которые будут доступны в скором времени, приведена в таблице 3.

Таблица 3. Частотные характеристики IGBT 

Наименование	Напр., В	Ic (ном) А	VCE(ON), В	Скорость	Применение
IRG7PC35SD	600	40	1,2	Стандарт	50/60Гц
IRG7PC50SD		90	1,2
IRGC4271B	650	75	1,7	Ультра-быстрые, SCSOA	ИБП, солн. бат., сварка, инд. нагрев
IRGC4273B		100	1,7
IRGC4274B		150	1,7
IRGC4275B		200	1,7
IRG7CH54K10B-R	1200	50	1,8	Ультра-быстрые, SCSOA	Промышленные двигатели
IRG7CH75K10B-R		100	1,9
IRG7CH81K10B-R		150	1,95
IRG7CH73UB-R		75	1,7	Ультра-быстрые	ИБП, солн. бат., сварка
IRG7CH75UB-R		100	1.7
IRG7CH81UB-R		150	1.7

Номенклатура транзисторов G7 напряжением на 1200 В представлена в таблице 4. Все транзисторы данной категории являются ультрабыстрыми, нормированы на ток от 20 до 50 А и находят применение в источниках бесперебойного питания, повышающих преобразователях напряжения и системах индукционного нагрева.

Таблица 4. IGBT G7 на напряжение 1200В 

Наименование	Напр., В	Ic (ном) А	VCE(ON), В	Скорость	Применеие
IRG7PC35UD1-EP	1200	20	1,8	Ультрабыстрые	Индукц. нагр.*
IRG7PC35UD1PBF
IRG7PC35UD-EP					ИБП*, СБ*
IRG7PC35UDPBF
IRG7PHC35U-EP					Повыш. преобр.*
IRG7Ph45UPBF
IRG7Ph52UD1-EP		30	1,7	Ультрабыстрые	Индукц. нагр.
IRG7Ph52UD1PBF
IRG7Ph52U-EP					ИБП, СБ
IRG7Ph52UPBF
IRG7Ph52UD-EP					Повыш. преобр.
IRG7Ph52UDPBF
IRG7Ph56UD-EP		40	1,7	Ультрабыстрые	ИБП, СБ
IRG7Ph56UDPBF
IRG7Ph56U-EP					Повыш. преобр.
IRG7Ph56UPBF
IRG7PSH50UDPBF		50	1,7	Ультрабыстрые	ИБП, СБ
IRG7PH50U-EP					Повыш. преобр.
IRG7PH50UPBF
* ИБП — источники бесперебойного питания * СБ — солнечные батареи * Повыш. преобр. — повышающий преобразователь * Индукц. нагр. – индукционный нагрев

Для расшифровки наименования тран

Оригинальные силовые биполярные IGBT транзисторы из Китая и немного о ремонте

Обзор специфичный, но наверняка кому-то будет полезен. Будет много технической информации, прошу понять и простить.

Длинная, но полезная предыстория

Иногда мне попадается на ремонт различная силовая электроника, например сварочные инверторы, преобразователи напряжения и частоты, приводы, блоки питания и т.п. Их ремонт часто связан с заменой различных силовых элементов (мосты, конденсаторы, реле, транзисторы MOSFET и IGBT). В магазинах чип и дип, компел, платан, элитан их купить в принципе не проблема, но оригинальные элементы стоят очень недёшево и с учётом доставки вызывают грусть-печаль…
В заначке у меня лежит немного разных силовых элементов для быстрого ремонта всячины, но когда требуется 8 одинаковых транзисторов, дело немного осложняется…

Есть 3 основные причины поломки такой техники:
1. Неправильная эксплуатация самим пользователем — это основная причина поломки аппаратов.
Существует куча способов убить исправный аппарат, перечислять их можно бесконечно…
2. Косяки производителя — некачественные элементы и сборка. В данном случае иногда помогает гарантия (но далеко не всегда).
3. Естественный износ — происходит, если аппаратом пользоваться очень аккуратно или редко за длительный период времени. Как правило, до естественного износа аппараты не доживают 🙁

На этот раз в ремонт попал сварочный инвертор Сварог ARC205 (Jasic J96) после неудачного ремонта в мастерской. Изначальная причина выхода их строя была №2 и затем аппарат добили в мастерской Очень часто после таких «ремонтов» аппараты восстановлению уже не подлежат, т.к. отсутствуют крепёжные элементы и появляются дополнительные механические и электрические повреждения. Так и в этот раз — половина крепежа утеряна, не хватает прижимных планок, транзисторы стоят все пробитые и разные, причём которые в принципе тут работать не могли. Первопричиной неисправности явился конструктивный недостаток этого инвертора — плата управления своими элементами касалась металлической рамы. Это и привело к сбою работы управляющей схемы и выходу из строя IGBT транзисторов, а затем драйвера и схемы плавного пуска. Ремонт получался либо быстро и дорого, либо приемлемо но долго, поэтому хозяин аппарата решил его не восстанавливать и просто отдал на запчасти. Такое часто бывает… Если-бы ремонт сразу проводил нормальный мастер, проблем с восстановлением было-бы заметно меньше.
Фото внутренностей сварочника в исходном виде я не делал, т.к. писать этот обзор не планировал.
Т.к. этот сварочник более-менее приличный, решил его неспешно восстановить для себя 🙂

О подборе

При замене транзисторов, вовсе не обязательно ставить точно такие-же, как стояли с завода. Кроме того, зачастую родные транзисторы стоят не лучшего качества, ибо китайский производитель также пытается сэкономить иногда в ущерб надёжности работы. В интернете мало информации по принципам подбора аналогов, поэтому напишу из собственного опыта.
Основными критериями при подборе IGBT транзистора в сварочный инвертор являются:
1. Наличие встроенного диода. Обычно он необходим всегда, кроме схемы подключения «косой полумост», где его наличие непринципиально.
2. Максимальное напряжение коллектор-эмиттер. В бытовых сварочниках на 220В почти всегда, за редким исключением, стоят транзисторы на 600-650 вольт. Туда можно ставить только транзисторы на 600 (650) вольт. Транзисторы на 900 и 1200 вольт ставить нельзя — они будут перегреваться за счёт повышенного падения напряжения, к тому-же и стоят они дороже.
3. Максимальный ток коллектора. Обычно используют транзисторы на 30А, 40А или 60А (при температуре 100°C). На ток при температуре 25гр внимание не обращаем ибо важен именно реальный рабочий режим.
4. Входная ёмкость затвора. Желательно, чтобы ёмкость была не более, чем у родных транзисторов, чтобы не перегружать драйвер и не затягивать фронты импульсов.
5. Время включения и особенно отключения. Должно быть не более, чем у родных, чтобы не греть транзисторы коммутационными потерями.
6. Напряжение насыщения. Должно быть не более, чем у родных транзисторов, чтобы не греть транзисторы омическими потерями.
7. Если транзисторы стоят на изоляционных прокладках, на максимальную мощность внимания можно вообще не обращать — всё равно термопрокладка не позволит передать радиатору более 50Вт рассеиваемой мощности. Если транзисторы установлены на отдельные изолированные радиаторы, на мощность уже следует смотреть, т.к. при этом из транзисторов выжимается максимум мощности (там их часто ставят в уменьшенном количестве 2 шт в полумост или 4шт в мост).
Для MOSFET критерии подбора немного другие, но общий принцип тот-же.
— Встроенный диод имеется всегда т.к. он автоматически получается в технологическом процессе производства
— Время включения и отключения не имеет большого значения, т.к. оно заведомо меньше требуемого (мосфеты весьма шустрые элементы)
— Вместо напряжения насыщения огромное значение имеет сопротивление открытого канала — чем оно меньше, тем будут меньше омическиие потери

О качестве

Под видом оригинальных, китайский продавец может прислать элементы сильно разного качества — неисправные, перемаркированные, либо восстановленные. На странице заказа фото товара можно не смотреть — показать могут и оригинал, а прислать не то.
Заказывая товар недорого у непроверенного продавца, Вам наверняка пришлют товар низкого качества, даже не сомневайтесь. Этот вариант для меня совершенно неприемлем, ибо нужны гарантированно качественные новые элементы.
Основные категории данного товара:
1. Неисправные — пустышки без кристалла, либо пробитые. Работать естественно не могут никак.
2. Восстановленные бывшие в употреблении — имеют кривые короткие либо кустарно наваренные выводы, которые ломаются при попытке их согнуть. Как правило, работают нормально, но у них есть неприятная особенность — их параметры довольно сильно гуляют у каждого экземпляра, что иногда неприемлемо.
3. Перемаркированные — берут транзистор меньшей мощности, спиливают или затирают маркировку и наносят новую для покупателя. Иногда уже при изготовлении берут кристалл от маломощного транзистора (для TO-220) и помещают его в корпус TO-3PN, TO-247. Такие элементы зачастую работают, но как правило недолго, иногда всего несколько секунд…
4. Оригинальные — тут всё понятно без комментариев 🙂

Представляю на обзор оригинальные биполярные IGBT транзисторы FGA40N65SMD от ON Semiconductor (Fairchild Semiconductor)
www.onsemi.com/products/discretes-drivers/igbts/fga40n65smd
www.onsemi.com/pub/Collateral/FGA40N65SMD-D.pdf
Почему я выбрал именно эти транзисторы? Да приглянулись они мне 🙂 Мог с тем-же успехом заказать для ремонта например FGh50N60SMD и кучу других аналогичных по параметрам.
Почему именно 10шт, когда нужно всего 8шт? Да не продаются они по 8шт 🙂

Почтовый пакет

Посылку доставили неожиданно быстро — всего за 2 недели.
Продавец запаял транзисторы под вакуумом в антистатический пакет

Основные параметры из даташита:
Корпус TO-3PN
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер: 650В
Максимальный постоянный ток коллектора при 100°C: 40А
Максимальная рассеиваемая мощность при 100°C: 174Вт
Номинальное напряжение насыщения коллектор-эмиттер: 1,9В
Номинальная входная ёмкость затвора при напряжении коллектор-эмиттер 30В: 1880пФ
Номинальное время включения / отключения: 12нс / 92нс
Транзисторы имеют встроенный обратный силовой диод, необходимый для работы в мостовом включении инвертора.
Остальные параметры большого значения не имеют.

В оригинальности транзисторов я нисколько не сомневаюсь, т.к. по опыту интуитивно их определяю.
Но для обзора сделал несколько измерений.
Ничего магнитного внутри естественно нет.
Толщина выводов и корпуса соответствуют норме

Остальные размеры также в норме

Напряжение насыщения коллектор — эмиттер при токе 10А и напряжении на затворе 10В составило 1,36В — норма

Транзисторы в партии имеют очень небольшую разницу емкостей затвор — эмиттер 2726 — 2731пФ (измерено E7-22 при не подключенном выводе коллектора). Стабильность — это косвенный показатель качества.

Небольшое замечание — некоторые пытаются определять оригинальность транзистора по ёмкости затвора. Да, это в какой-то степени возможно, но только если измерять правильно и при этом правильно анализировать результаты.
Так вот, измерять ёмкость затвора надо именно на переменном токе при конкретном напряжении коллектор-эмиттер, причём нулевое напряжение не означает висящий в воздухе коллектор.

Измеренная ёмкость затвор-эмиттер сильно зависит от измерительного прибора, что не удивительно для нелинейного элемента.
Например, один и тот-же транзистор показывает входную ёмкость 2726пФ на положительной полярности и 3381пФ на отрицательной полярности прибором UT71E, 2660пФ и 2750пФ в зависимости от полярности тестером элементов MG328 VanVell ELC, 2860 пФ в обе стороны прибором E7-22

Ёмкость затвор — эмиттер при разном напряжении эмиттер-коллектор
Измерял E7-22 на 1кГц
0В — 3920пФ
1В — 3130пФ
2В — 2750пф
3В — 2570пФ
5В — 2380пФ
10В — 2200пФ
20В — 2000пФ
30В — 1830пФ

Для сравнения, измерил ёмкость затвор-эмиттер некоторых других оригинальных IGBT.
FGh50N60SMD — 2860пФ
FGH60N60SMD — 4410пФ
HGTG40N60A4 — 2270пФ

Взвешивать, поджигать, грызть и ломать транзисторы я не стал ибо в данном случае это не имеет никакого практического смысла.
Если интересно, что внутри сгоревших транзисторов, то вот два из них HGTG30N60A4 (слева и в центре) и FGh50N60SFD (родной)

HGTG30N60A4 вообще без диода и в принципе не мог нормально работать в этой сварке 🙁

Немного о ремонте

После разборки, аппарат очистил от грязи и пыли, провёл первичную диагностику, выпаял все неисправные элементы, подобрал им замену. Доступная схема аппарата неплохо помогает ремонту. Проверил состояние термопрокладок на пробой и повреждения. Восстановил цепь заряда конденсаторов, восстановил драйвер. Перепаял на другую сторону проблемный конденсатор на плате управления (который касался рамки)

Проверил осциллографом форму импульсов с драйверов на затворы транзисторов (которые ещё не впаяны).

Смазал прокладку термопастой КПТ-8, прилепил её на место, смазал транзисторы ей-же, вставил их на место, прикрутил к радиатору и только потом запаял. Очистил плату от флюса, всё ещё раз проверил.




Отдельно подал питание на систему управления и ещё раз проверил форму импульсов на затворах транзисторов (они пока без силового питания). Если всё в норме — подключаем сварочник в сеть через ЛАТР и лампу накаливания 100Вт или 95Вт. Это позволяет вовремя и безопасно диагностировать дополнительные проблемы в работе устройства. Прямое включение сварочника после ремонта иногда приводит к неприятностям. Плавно увеличиваю входное напряжение до запуска аппарата. Проверяю, что реле сработало, вентилятор крутится, на выходе появилось напряжение и лампа при этом не горит. При плавном повышении напряжения до полного сетевого, лампа не должна загораться. Если всё прошло нормально, устанавливаю крышку на место и включаю сварочник в сеть. Проверять его на электрод пока нельзя, т.к. необходимо убедиться в нормальной работе ограничения тока. При её неисправности, сварочник тут-же сгорит при касании электродом свариваемой детали. Для проверки работы токоограничения, необходим балласт и токовые клещи на постоянный ток или шунт ампер на 200. Я в качестве балласта использую толстую нихромовую спираль сопротивлением около 0,15 Ом.

Убедившись, что ток в замкнутой цепи регулируется в нужных пределах, можно приступать к тестовой сварке на токах от минимума до максимума.
В данной сварке ток нормально регулировался от 25А до 195А
Т.к. штатный ремень неудобен для оперативной переноски, на корпус была приклёпана дверная ручка 🙂

Более подробную информацию о ремонтах сварочников можно легко найти в интернете (например от Измаил инвертор)

Вывод: при желании, в Китае вполне возможно купить качественные оригинальные комплектующие. Покупайте в проверенных магазинах и Вам не придётся изучать, чем подделка отличается от оригинала. Магазин могу смело рекомендовать, теперь с них должок за рекламу 🙂
p.s. сварочные провода из этого обзора я делал для этого сварочника.
p.p.s. судя по комментариям, когда я товар ругаю, нахожу поддержку аудитории, но когда нормальный товар начинаю хвалить — сразу идут необоснованные обвинения во всех грехах. Это похоже ме

принцип работы, разновидности полупроводников, основные параметры силовых компонентов

Биполярные транзисторы с изолированным затвором широко используются в силовой электронике. Это надежные и недорогие компоненты, управляющиеся путем подачи напряжения на изолированный от цепи элемент. IGBT — транзистор, принцип работы которого чрезвычайно прост. Используется он в инверторах, системах управления электроприводами и импульсных источниках питания.

История появления

Первые полевые транзисторы были разработаны в 1973 году, а уже спустя 6 лет появились управляемые биполярные модели, в которых использовался изолированный затвор. По мере совершенствования технологии существенно улучшились показатели экономичности и качества работы таких элементов, а с развитием силовой электроники и автоматических систем управления они получили широкое распространение, встречаясь сегодня практически в каждом электроприборе.

Сегодня используются электронные компоненты второго поколения, которые способны коммутировать электроток в диапазоне до нескольких сотен Ампер. Рабочее напряжение у IGBT — транзисторов колеблется от сотен до тысячи Вольт. Совершенствующие технологии изготовления электротехники позволяют выполнять качественные транзисторы, обеспечивающие стабильную работу электроприборов и блоков питания.

Основные характеристики

Принцип работы транзисторов и их характеристики будут напрямую зависеть от типа устройства и его конструкции. К основным параметрам полупроводников можно отнести следующее:

• Максимально допустимый ток.
• Показатель управляющего напряжения.
• Внутреннее сопротивление.
• Период задержки подключения и выключения.
• Паразитная индуктивность.
• Входная и выходная емкость.
• Напряжение насыщения у эмиттера и коллектора.
• Ток отсечки эмиттера.
• Напряжение пробоя коллектора и эмиттера.

Широкое распространение получили сегодня мощные IGBT транзисторы, которые применяются в блоках питания инверторов. Такие устройства одновременно сочетают мощность, высокую точность работы и минимум паразитной индуктивности. В регуляторах скорости применяются IGBT с частотой в десятки тысяч кГц, что позволяет обеспечить максимально возможную точность работы приборов.

Преимущества и недостатки

Сегодня в продаже можно подобрать различные модели полупроводников, которые будут отличаться своими показателями рабочей частоты, емкостью и рядом других характеристик. Популярность IGBT транзисторов обусловлена их отличными параметрами, характеристиками и многочисленными преимуществами:

• Возможность эксплуатации с высокой мощностью и повышенным напряжением.
• Работа при высокой температуре.
• Минимальные потери тока в открытом виде.
• Устойчивость к короткому замыканию.
• Повышенная плотность.
• Практически полное отсутствие потерь.
• Простая параллельная схема.

К недостаткам IGBT относят их высокую стоимость, что приводит к некоторому увеличению расходов на изготовление электроприборов и мощных блоков питания. При планировании схемы подключения с транзисторами этого типа необходимо учитывать имеющиеся ограничения по показателю максимально допустимого тока. Чтобы решить такие проблемы, можно использовать следующие конструктивные решения:

• Использование обходного пути коммутации.
• Выбор сопротивления затвора.
• Правильный подбор показателей тока защиты.

Электросхемы устройств должны разрабатывать исключительно профессионалы, что позволит обеспечить правильность работы техники, отсутствие коротких замыканий и других проблем с электроприборами. При наличии качественной схемы подключения, реализовать ее не составит труда, выполнив своими руками силовой блок, питание и различные устройства.

Устройство и принцип работы

Внутреннее устройство IGBT транзистора состоит из двух каскадных электронных ключей, которые управляют конечным выходом. В каждом конкретном случае, в зависимости от мощности и других показателей, конструкция прибора может различаться, включая дополнительные затворы и иные элементы, которые улучшают показатели мощности и допустимого напряжения, обеспечивая возможность работы при температурах свыше 100 градусов.

Полупроводники IGBT типа имеют стандартизированную комбинированную структуру и следующие обозначения:

• К — коллектор.
• Э — эмиттер.
• З — затвор.

Принцип работы транзистора чрезвычайно прост. Как только на него подается напряжение положительного потенциала, в затворе и истоке полевого транзистора открывается n-канал, в результате чего происходит движение заряженных электронов. Это возбуждает действие биполярного транзистора, после чего от эмиттера напрямую к коллектору начинает протекать электрический ток.

Основным назначением IGBT транзисторов является их приближение к безопасному значению токов замыкания. Такие токи могут ограничивать напряжение затвора различными методами.

Привязкой к установленному показателю напряжения. Драйвер затвора должен иметь постоянные параметры, что достигается за счёт добавления в схему устройства диода Шоттки. Тем самым обеспечивается уменьшение индуктивности в цепи питания и затвора.

Показатели напряжения ограничиваются за счёт наличия стабилитрона в схеме эмиттера и затвора. Отличная эффективность таких IGBT транзисторов достигается за счёт установки к клеммам модуля дополнительных диодов. Используемые компоненты должны иметь высокую температурную независимость и малый разброс.

В цепь может включаться эмиттер с отрицательной обратной связью. Подобное возможно в тех случаях, когда драйвер затвора подключён к клеммам модуля.

Правильный выбор типа транзистора позволит обеспечить стабильность работы блоков питания и других электроприборов. Только в таком случае можно гарантировать полностью безопасную работу электроустановок при коротких замыканиях и в аварийных режимах эксплуатации техники.

Сфера использования

Сегодня IGBT транзисторы применяются в сетях с показателем напряжения до 6,5 кВт, обеспечивая при этом безопасную и надежную работу электрооборудования. Имеется возможность использования инвертора, частотно регулируемых приводов, сварочных аппаратов и импульсных регуляторов тока.

Сверхмощные разновидности IGBT используются в мощных приводах управления троллейбусов и электровозов. Их применение позволяет повысить КПД, обеспечив максимально возможную плавность хода техники, оперативно управляя выходом электродвигателей на их полную мощность. Силовые транзисторы применяются в цепях с высоким напряжением. Они используются в схемах бытовых кондиционеров, посудомоечных машин, блоков питания в телекоммуникационном оборудовании и в автомобильном зажигании.

Проверка исправности

Ревизия и тестирование IGBT полупроводников выполняется при наличии неисправностей электрических устройств. Такую проверку проводят с использованием мультитестера, прозванивая коллекторы и электроды с эмиттером в двух направлениях. Это позволит установить работоспособность транзистора и исключит отсутствие замыкания. При проверке необходимо отрицательно зарядить вход затвора, используя щупы мультиметров типа COM .

Для проверки правильности работы транзистора на входе и выходе затвора заряжают ёмкость положительным полюсом. Выполняется такая зарядка за счёт кратковременного касания щупом затвора, после чего проверяется разность потенциала коллектора и эмиттера. Данные потенциалов не должны иметь расхождение более 1,5 Вольта. Если тестируется мощный IGBT, а тестера не будет хватать для положительного заряда, на затвор подают напряжение питания до 15 Вольт.

Мощные модули

Силовые транзисторы изготавливаются не только отдельными полупроводниками, но и уже собранными готовыми к использованию модулями. Такие приспособления входят в состав мощных частотных преобразователей в управлении электромоторами. В каждом конкретном случае схема и принцип работы модуля будут различаться в зависимости от его типа и предназначения. Чаще всего в таких устройствах используется мост, выполненный на основе двух силовых транзисторов.

Стабильная работа IGBT обеспечивается при частоте 150 килогерц. При повышении рабочей частоты могут увеличиваться потери, что отрицательно сказывается на стабильности электроприборов. Силовые транзисторы все свои преимущества и возможности проявляют при использовании с напряжением более 400 Вольт. Поэтому такие полупроводники чаще всего применяют в промышленном оборудовании и электроприборах высокого напряжения.

Что такое транзистор IGBT? — Основы, определение и структура

Транзисторный IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) — это, по сути, устройство силовой электроники, управляемое напряжением, заменяющее обычные силовые BJT ( Bipolar Junction Transistors ) и MOSFET в качестве коммутирующих устройств. IGBT специально разработаны для удовлетворения требований к высокой мощности. Хотя доступны биполярные транзисторы высокой мощности, они имеют низкую скорость переключения. С другой стороны, также доступны полевые МОП-транзисторы высокой мощности, которые имеют более высокую скорость переключения, но не могут удовлетворить такие высокие требования к мощности.

Рис. 1. Символ IGBT

Фактически транзисторный IGBT представляет собой гибридное устройство, состоящее из полевого транзистора, управляющего pnp BJT, и имеет три входных контакта. Выход FET подается на базу BJT. Это каскадирование приводит к трехполюсному устройству, которое сочетает в себе огромные токонесущие возможности биполярного транзистора и высокую коммутационную способность полевого транзистора. Эти три вывода устройства называются коллектором , эмиттером и затвором . Gate — это входной терминал, а от эмиттера к коллектору — токопроводящий путь.

Рис. 2. Эквивалентная схема внутренней конструкции IGBT-транзистора

Рис. 3. Упрощенная схема транзисторного IGBT (MOSFET + BJT)

IGBT — Типы и внутренняя структура

Доступны два типа транзиторных IGBT:

• PT (сквозной) — они изготавливаются с дополнительным «n + слоем», называемым «n + буферным слоем»,
• NPT (непробиваемый) — изготавливаются без «буферного слоя n +».

Поскольку все транзисторы доступны в n-типе и p-типе, IGBT также доступны в обоих типах. В этой статье рассматривается PT, n-канальный транзисторный IGBT.

Рис. 4. Внутренняя структура «n-канального» IGBT-транзистора

Внутренняя конструкция транзисторного IGBT состоит из следующих областей:

• p + layer (Injection layer) — Это коллекторная область. Он сильно легирован. Нам нужно подать положительное напряжение, чтобы коллектор и буферный переход (J ₃ ) были смещены в прямом направлении.
• n + layer (буферный слой) — Это дополнительный слой. Этот слой не влияет на работу транзисторного IGBT. Это делает устройство асимметричным. Помогает в зоне прямого пробоя.
• n-слой (область дрейфа стока) — Этот слой слаболегированный. Он служит базой для транзистора PNP, стоком полевого МОП-транзистора и эмиттером транзистора NPN. Переход J ₂ образован между n-слоем и телом p +.
• p + (Body) — Он действует как эмиттер PNP-транзистора, корпус MOSFET и база NPN-транзистора.
• n + layer — Он действует как коллектор NPN-транзистора, исток MOSFET. Соединение ₁ образовано между телом p + и слоем n + (источником)
• SiO ₂ — затвор изолирован емкостью SiO

IGBT — Принцип работы

Режим прямой блокировки — Когда на коллектор подается положительное напряжение, затвор и эмиттер закорочены. Переходы J ₁ и J ₃ смещены вперед, а J ₂ смещены назад.

Режим проводимости — Подайте достаточное положительное напряжение на клемму затвора. Подайте положительный коллектор на эмиттер. Канал электронов формируется под SiO ₂ и в области тела p-типа. Этот канал соединяет n + слой с n-дрейфовой областью. Транспортировка электронов в области n-дрейфа снижает сопротивление этой области. Junction ₁ также смещен вперед и вводит дырки в область n-дрейфа. Дырки от инжекционного слоя и электроны от n + слоя собираются в дрейфовой области.Наличие большого количества носителей (электронов и дырок) снижает сопротивление n-дрейфовой области или, можно сказать, увеличивает проводимость n-дрейфовой области. Это явление называется модуляцией проводимости дрейфовой области . Электроны и дырки составляют ток, протекающий через биполярный транзистор с изолированным затвором.

Режим обратной блокировки — Когда на коллектор подается отрицательное напряжение, переход ₃ смещается в обратном направлении.

IGBT — Характеристики переключения

IGBT обычно используется в коммутационных приложениях, поскольку он работает либо в области отсечки, либо в области насыщения.

Отдельные области выходной характеристики IGBT:

V _GE = 0, устройство выключено, поскольку в области тела p-типа не сформирован инверсионный слой. Это область отсечения .

В _GE > 0, В _GE GET примените V _GE так, чтобы оно было больше 0, но меньше В _GET (пороговое напряжение). В этом случае ток утечки очень мал, что связано с потоком неосновных носителей заряда. Устройство все еще находится в отключенной зоне. А V _CE практически равен V _CC .

В _GE > В _GET , приращение напряжения затвор-эмиттер сверх порогового значения, поместите устройство в активную область . Благодаря напряжению затвор-эмиттер в области тела p-типа создается инверсионный слой n-типа . Теперь есть канал для текущего потока.

V _GE >> V _GET , существенное увеличение V _GE переводит MOSFET в омическую область, а выходной PNP-транзистор в область насыщения область .В области насыщения ток коллектора (i _c ) также увеличивается, что снижает V _CE .

Рис. 5. Вольт-амперные характеристики IGBT-транзистора

Биография автора:

Амна Ахмед — страстный писатель. Она ведет образовательный блогер с 2012 года. Она живет в Карачи, Пакистан. Она закончила B.E. Электронная инженерия из авторитетного института в 2011 году. Она любит электронику и любит читать и писать все, что связано с электроникой.Она хорошо пишет обзоры литературы, конспекты лекций, обзоры технологий. Посетите ее блог здесь и оставайтесь на связи.

.

Характеристики биполярного транзистора с изолированным затвором

Термин IGBT означает полупроводниковый прибор, а аббревиатура IGBT — биполярный транзистор с изолированным затвором. Он состоит из трех выводов с широким диапазоном допустимых значений биполярного тока. Разработчики IGBT считают, что это биполярное устройство с управлением по напряжению, с входом CMOS и биполярным выходом. Конструкция IGBT может быть выполнена с использованием обоих устройств, таких как BJT и MOSFET, в монолитной форме. Он сочетает в себе лучшие качества обоих для достижения оптимальных характеристик устройства.Применения биполярного транзистора с изолированным затвором включают силовые цепи, широтно-импульсную модуляцию, силовую электронику, источники бесперебойного питания и многое другое. Это устройство используется для повышения производительности, эффективности и снижения уровня слышимого шума. Он также фиксируется в схемах резонансного преобразователя. Оптимизированный биполярный транзистор с изолированным затвором доступен как для низких потерь проводимости, так и для коммутации.

Биполярный транзистор с изолированным затвором

Биполярный транзистор с изолированным затвором

Биполярный транзистор с изолированным затвором представляет собой трехполюсное полупроводниковое устройство, и эти выводы называются затвором, эмиттером и коллектором.Эмиттерные и коллекторные выводы IGBT связаны с трактом проводимости, а зажим затвора связан с его управлением. Расчет усиления достигается за счет IGBT — радио, b / n его i / p и o / p сигнала. Для обычного BJT сумма коэффициентов усиления почти эквивалентна выходному току и входному току, что называется бета. Биполярные транзисторы с изолированным затвором в основном используются в схемах усилителя, таких как полевые МОП-транзисторы или биполярные транзисторы.

Устройство IGBT

IGBT в основном используется в схемах усилителей малых сигналов, таких как BJT или MOSFET.Когда транзистор объединяет более низкие потери проводимости схемы усилителя, получается идеальный твердотельный переключатель, который идеально подходит для многих приложений силовой электроники.

IGBT просто включается и выключается путем активации и деактивации его клеммы Gate. Постоянное напряжение + Ve i / p сигнал на клеммах затвора и эмиттера будет поддерживать устройство в активном состоянии, в то время как предположение о входном сигнале заставит его выключиться, как в BJT или MOSFET.

Базовая конструкция IGBT

Базовая конструкция N-канального IGBT приведена ниже.Структура этого устройства проста, а секция Si IGBT практически аналогична вертикальной силовой части MOSFET, за исключением инжектирующего слоя P +. Он имеет такую ​​же структуру, как затвор и P-колодцы из оксида металла и полупроводника через области источника N +. В следующей конструкции слой N + состоит из четырех слоев, которые расположены вверху, и называется источником, а самый нижний слой — коллектором или стоком.

Базовая конструкция IGBT

Существует два типа IGBT, а именно: IGBT без пробивки (NPT IGBTS) и с пробивкой через IGBT (PT IGBT).Эти два IGBT определены как: когда IGBT разработан с буферным слоем N +, он называется PT IGBT, аналогично, когда IGBT разработан без буферного слоя N +, называется NPT IGBT. Производительность IGBT может быть увеличена за счет наличия буферного уровня. IGBT работает быстрее, чем силовой BJT и силовой MOSFET.

Принципиальная схема IGBT

На основе базовой конструкции биполярного транзистора с изолированным затвором разработана простая схема драйвера IGBT с использованием транзисторов PNP и NPN, JFET, OSFET, которые показаны на рисунке ниже.JFET-транзистор используется для подключения коллектора NPN-транзистора к базе PNP-транзистора. Эти транзисторы указывают на паразитный тиристор для создания петли отрицательной обратной связи.

Принципиальная схема IGBT

Резистор RB указывает контакты BE транзистора NPN, чтобы подтвердить, что тиристор не защелкивается, что приведет к защелкиванию IGBT. Транзистор обозначает структуру тока между любыми двумя соседними ячейками IGBT. Он позволяет использовать полевой МОП-транзистор и поддерживает большую часть напряжения.Обозначение схемы IGBT показано ниже, которая содержит три клеммы, а именно эмиттер, затвор и коллектор.

Характеристики IGBT

Биполярный транзистор с индукционным затвором — это устройство, управляемое напряжением, ему требуется лишь небольшое напряжение на выводе затвора для продолжения проводимости через устройство

Характеристики IGBT

Поскольку IGBT — это устройство, управляемое напряжением , требуется только небольшое напряжение на затворе для поддержания проводимости через устройство, в отличие от BJT, которым требуется, чтобы базовый ток всегда подавался в достаточном количестве для поддержания насыщения.

IGBT может переключать ток в однонаправленном направлении, то есть в прямом направлении (от коллектора к эмиттеру), тогда как MOSFET имеет возможность переключения тока в двух направлениях. Потому что он управлял только в прямом направлении.

Принцип работы схем управления затвором для IGBT аналогичен N-канальному силовому МОП-транзистору. Основное отличие состоит в том, что сопротивление проводящего канала при подаче тока через устройство в его активном состоянии очень мало в IGBT.Из-за этого номинальный ток выше по сравнению с соответствующим мощным полевым МОП-транзистором.

Итак, это все о работе и характеристиках биполярного транзистора с изолированным затвором. Мы заметили, что это полупроводниковое переключающее устройство, которое имеет такие возможности управления, как полевой МОП-транзистор, и характеристику переключения BJT. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию IGBT. Кроме того, любые вопросы относительно приложений и преимуществ IGBT, пожалуйста, дайте свои предложения, комментируя в разделе комментариев ниже.Вот вам вопрос, в чем разница между BJT, IGBT и MOSFET?

Фото:

.Транзистор

＜ Общие сведения о транзисторах ＞ | Основы электроники

Обратный ток при включении

В транзисторе NPN база находится под положительным смещением, коллектор — с отрицательным смещением, а обратный ток течет от эмиттера к коллектору. Также обратите внимание на проблемы, которые могут возникнуть при использовании в качестве транзисторов (например, меньшее усиление по току).

1. Было определено, что при использовании не возникнет никаких проблем, таких как деградация или разрушение.

2. В случае транзистора NPN, B симметричен с C, а E с N. Следовательно, C и E могут использоваться в качестве транзистора, даже если они соединены в обратном порядке. В этом случае ток будет течь от E к C.

3. Ниже приведены характеристики транзисторов, подключенных в обратном порядке.

• Низкая h _FE (примерно 10% от значения прямого направления)
• Низкое сопротивление напряжению (около 7-8 В, примерно такое же, как у VEBO) В некоторых стандартных транзисторах напряжение может быть даже ниже (ниже 5 В) (учтите, что слишком низкое сопротивление напряжению может привести к пробою и ухудшению характеристик)
• V _CE (sat) и V _BE (ON) не должны сильно меняться

Допустимая потеря мощности в корпусе

Допустимая потеря мощности в корпусе — это когда на транзистор подается напряжение, и устройство начинает выделять тепло из-за потери мощности из-за протекания тока, особенно когда температура перехода Tj достигает абсолютного максимального значения (150 ° C).

Метод расчета (где △ Tx — величина повышения температуры при подаче питания Px)

В этом случае Pc, Ta, △ Tx и Px могут быть получены непосредственно из результатов измерения. Tj — единственное значение, которое нельзя получить напрямую. Поэтому ниже показано, как измерить VBE, по которому мы можем определить температуру перехода Tj.

В кремниевых транзисторах VBE будет изменяться в зависимости от температуры.

Следовательно, температуру перехода можно определить путем измерения VBE.Из измерительной схемы, показанной на диаграмме 1, к транзистору применяется условие мощности Pc (max) корпуса (в случае транзистора мощностью 1 Вт условия для питания VCB = 10VIE = 100 мА).

Как видно на Диаграмме 2:

• V _BE 1 измеряется как начальное значение VBE
• При подаче питания на транзистор произойдет тепловыделение на переходе
• значение VBE после будет V _BE 2

Из этих результатов: △ V _BE = V _BE 2-V _BE 1

Здесь кремниевый транзистор будет иметь фиксированный температурный коэффициент, равный примерно -2.2 мВ / ºC. (Примечание: транзисторы Дарлингтона созданы из-за использования двух транзисторов -4,4 мВ / ºC). Следовательно, △ VBE от подаваемой мощности может быть получено из повышения температуры перехода по следующей формуле.

fT: ширина полосы частот, частота среза

fT: ширина полосы пропускания указывает максимальную рабочую частоту транзистора. В это время отношение тока коллектора к току базы ограничено до 1 (hFE = 1).

Когда частота входного сигнала, подаваемого на базу, приближается к рабочей частоте, hFE начинает уменьшаться.Когда hFE становится равным 1, рабочая частота fT называется полосой усиления. fT обозначает предел рабочей частоты. Однако в действительности для работы значение будет примерно от 1/5 до 1/10 от значения fT.

f: Зависит от измерительного оборудования. Опорная частота для измерения.
VCE: дополнительная настройка — для продуктов ROHM обычно используется стандартное значение.
Ic: дополнительная настройка — стандартное значение обычно используется для продуктов ROHM.

Транзисторы

на страницу продукта

В дополнение к низковольтным МОП-транзисторам для портативных устройств и цифровым транзисторам со встроенным резистором, ROHM предлагает ряд транзисторных продуктов, включая стандартные МОП-транзисторы, биполярные транзисторы и сложные транзисторы со встроенным диодом.

.

MOSFET ＜ Общие сведения о характеристиках MOSFET ＞ | Основы электроники

Паразитная емкость и температурные характеристики полевого МОП-транзистора

Паразитная емкость

В силовых полевых МОП-транзисторах существует паразитная емкость, как показано на рисунке 1.

Иногда известная как паразитная емкость, паразитная емкость неизбежна и обычно нежелательна, поскольку существует между частями электронного компонента или схемы просто из-за того, насколько они близки друг к другу.Емкость — это способность системы накапливать электрический заряд.

Вывод затвора в полевом МОП-транзисторе изолирован от других выводов оксидной пленкой. Кремний под затвором имеет полярность, противоположную стоку и истоку, что приводит к образованию PN-переходов (диодов) между областями затвора, стока и истока. Cgs и Cgd — емкости оксидных слоев, а Cds определяется емкостью перехода внутреннего диода.

Как правило, все 3 емкости (C _iss , C _oss , C _rss ), перечисленные в таблице 1, включены в спецификации MOSFET.

Как показано на рисунке 2, характеристики емкости могут зависеть от V _DS (напряжение сток-исток). По мере увеличения V _DS емкость уменьшается.

Температурные характеристики

Отличий емкостных характеристик при разных температурах практически нет. Примеры измерения температуры показаны на Рисунке 3 (1) — (3).

Характеристики переключения и температуры полевого МОП-транзистора

Что такое время переключения MOSFET?

МОП-транзистор будет включаться или выключаться после включения / выключения напряжения затвора.Время между включением и выключением называется временем переключения. Различные времена переключения перечислены в таблице 1 ниже. Обычно указываются t _{d (вкл.)} , t _F , t _{d (выкл.)} и t _r . ROHM определяет типичные значения, используя схему измерения, подобную показанной на рисунке 2.

Температурные характеристики

Время переключения незначительно зависит от повышения температуры — порядка 10% при 100 ° C. Другими словами, характеристики переключения в значительной степени не зависят от температуры.Примеры измерений показаны на Рисунке 3 (1) — (4).

V _GS порог: V _{GS (th)}

В _{GS (th)} — это напряжение, необходимое между затвором и истоком для включения полевого МОП-транзистора. Другими словами, подача напряжения выше, чем В _{GS (th)} включит полевой МОП-транзистор.
Чтобы определить величину тока, протекающего через полевой МОП-транзистор во включенном состоянии, необходимо обратиться к техническим характеристикам и электрическим характеристикам каждого элемента.

В таблице 1 перечислены соответствующие электрические характеристики. В случае V _DS = 10 В пороговое напряжение от 1,0 В до 2,5 В требуется для I _D 1 мА.

Таблица 1: Электрические характеристики

I _D -V _GS и температурные характеристики

I _D -V _GS и примеры характеристик пороговой температуры показаны на рисунках 1 и 2 выше. Как видно на рисунке 1, для большого тока требуется большое напряжение затвора.

Хотя модели, перечисленные в Таблице 1, имеют пороговое значение менее 2,5 В, рекомендуется использовать привод на 4 В. Всегда проверяйте наличие достаточного напряжения затвора для включения полевого МОП-транзистора.

Возвращаясь к Рисунку 2, мы видим, что пороговое значение уменьшается пропорционально температуре. Следовательно, температуру канала элемента можно рассчитать, отслеживая изменение порогового напряжения.

Страница продукта MOSFET МОП-транзисторы

на страницу продукта

MOSFET

ROHM имеет широкие типы приводов и поддерживает от слабого сигнала до высокой мощности.Кроме того, он превосходит высокоскоростное переключение и низкое сопротивление в открытом состоянии, а MOSFET ROHM доступен для широкого применения.

.