Igbt что такое: IGBT транзистор. Принцип работы и применение.

Содержание

Igbt что это

Биполярный транзистор с изолированным затвором БТИЗ, англ. Используется, в основном, как мощный электронный ключ в импульсных источниках питания , инверторах , в системах управления электрическими приводами. Каскадное включение транзисторов двух типов позволяет сочетать их достоинства в одном приборе: выходные характеристики биполярного большое допустимое рабочее напряжение и сопротивление открытого канала, пропорциональное току, а не квадрату тока, как у полевых и входные характеристики полевого минимальные затраты на управление. Выпускаются как отдельные IGBT, так и силовые сборки модули на их основе, например, для управления цепями трёхфазного тока. До х годов в качестве силовых полупроводниковых приборов, помимо тиристоров , использовались биполярные транзисторы. Их эффективность была ограничена несколькими недостатками:.


Поиск данных по Вашему запросу:

Igbt что это

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: IGBT-транзистор: характеристики, принцип действия, применение

IGBT транзисторы принцип работы


Человечество оказалось для Земли страшнее астероида, убившего динозавров. В статье дается выборочный обзор некоторых новых импульсных преобразователей и контроллеров; представлена уникальная в своем роде программа ADISimPower, обеспечивающая быстрый подбор компонентов и проектирование схемы питания, а также подробно рассматривается новый аналогово-цифровой контроллер для блоков питания ADP Прогресс в области технологии силовых приборов на базе структуры GaN-на-кремнии позволяет существенно улучшить такие параметры полевых транзисторов как сопротивление канала в открытом состоянии и произведение сопротивления канала на емкость затвора.

В статье обсуждаются новые возможности и перспективы построения высокоэффективных преобразователей напряжения на базе GaN-полевых транзисторов. Статья представляет собой сокращенный перевод [1].

Сопротивление R SC крайне мало, поэтому паразитный n-p-n-транзистор не открывается даже при очень больших токах. Когда IGBT полностью открыт, напряжение насыщения определяется из соотношений:. Отличия между ними проиллюстрированы на рисунке 2. Транзисторы на это напряжение используются во многих приложениях. Сейчас активно растет рынок источников бесперебойного питания для центров данных и инверторов для солнечных батарей.

В обоих случаях очень важен высокий КПД преобразователей, так как стоимость солнечных панелей достаточно высока, а объем рынка центров данных очень велик и только в США оценивается в 50 млрд. Поэтому низкий КПД инверторов в этом случае означает большие потери и возрастание стоимости. В производственной линейке компании присутствуют IGBT с NPT-структурой с уменьшенными потерями на выключение, специально разработанные для этих приложений.

При их применении уменьшаются размеры охладителей, а, следовательно, размеры и стоимость инверторов. В таблице 1 приведены основные параметры IGBT компании Fairchild, изготавливаемых по разным технологиям. В транзисторах, изготовленных по этой технологии см.

И хотя эта технология довольно устаревшая, все же в силу своей невысокой стоимости она до сих пор пользуется спросом. Добавление примесей в Field Stop N-буфер позволяет значительно уменьшить толщину базы без изменения пробивного напряжения. Тонкая база уменьшает потери проводимости, а также позволяет достичь удачного компромисса между потерями на выключение и напряжением V CE SAT. По плотности тока эта технология сравнима с trench-gate IGBT. Не существуют идеального IGBT, все параметры которого были бы лучше, чем у аналогов.

Приведенные в статье сведения об основных технологиях позволяют выбрать подходящий транзистор для различных приложений. Huawei начала производство 5-нанометровых процессоров [1]. Авторы закона о «суверенном Интернете» предлагают обязать идентифицировать всех пользователей e-mail [1]. Huawei начала производство 5-нанометровых процессоров. Список всех журналов.

Вторник, 8 октября Руководителям. Это интересно! Новости Человечество оказалось для Земли страшнее астероида, убившего динозавров Обзоры, аналитика Интервью, презентации. Ранее Стандарт для силовых преобразователей задает направление развития поставщикам и OEM-производителям.

Analog Devices: новые компоненты для цепей питания В статье дается выборочный обзор некоторых новых импульсных преобразователей и контроллеров; представлена уникальная в своем роде программа ADISimPower, обеспечивающая быстрый подбор компонентов и проектирование схемы питания, а также подробно рассматривается новый аналогово-цифровой контроллер для блоков питания ADP Силовые транзисторы на базе GaN: новая платформа для преобразователей напряжения Прогресс в области технологии силовых приборов на базе структуры GaN-на-кремнии позволяет существенно улучшить такие параметры полевых транзисторов как сопротивление канала в открытом состоянии и произведение сопротивления канала на емкость затвора.

Руководителям Обзоры, аналитика Силовая электроника. Один из путей удовлетворения этих требований — корректный выбор элементной базы. В этой статье на примере продукции компании Fairchild Semiconductor рассматриваются IGBT-транзисторы для различных приложений. Горячие темы Huawei начала производство 5-нанометровых процессоров все комментарии.

Оформить покупку. Руководителям Разработчикам Производителям Снабженцам. Новости Человечество оказалось для Земли страшнее астероида, убившего динозавров Обзоры, аналитика Интервью, презентации Ранее Стандарт для силовых преобразователей задает направление развития поставщикам и OEM-производителям. Руководителям Обзоры, аналитика Силовая электроника 1 сентября Специфика прменения IGBT-транзисторов в различных приложениях Требования к устройствам силовой электроники постоянно возрастают, предусматривая уменьшение гармонического состава токов и напряжений и повышение эффективности устройств преобразовательной техники.

Структура trench а и Field Stop Trench б ячеек.


Общие сведения по модулям на основе IGBT-транзисторов и МОП-транзисторов компании SEMIKRON

Реклама на этой странице. Использование полуприжимных IGBT-модулей в системах СТАТКОМ статических синхронных компенсаторов и HVDC высоковольтных передач постоянного тока повышают пропускную способность электросети, улучшат качество электроэнергии и уменьшат потери при передаче энергии на большие расстояния. Документ предусматривает разработку технически сложных устройств силовой электроники, которые сейчас закупаются за рубежом, между тем ежегодные потребности в них превышают тысячи единиц. В первую очередь в рамках соглашения планируется создание для нужд ФСК ЕЭС широкого перечня IGBT-модулей, которые задействованы в процессах транспортировки и преобразования электроэнергии. Однако, учитывая использование прижимной конструкции, их пришлось доработать. Это особенно важно учитывая уровень нагрузки, в результате которой даже небольшая разница в равномерности прижима термокомпенсационных прокладок может привести к разрушению кристаллов. Так же была решена проблема обеспечения надежного контакта в активной области кристаллов.

Это связано, очевидно, с тем, что в какой-то момент производители В итоге уже к началу х доля силовых устройств на MOSFET и IGBT.

Что выбрать: MOSFET или IGBT -инвертор?

Применение полностью управляемых ключей позволяет в большинстве случаев значительно упростить схемотехнику преобразователей и улучшить их технико-экономические характеристики. Поэтому они были первыми силовыми транзисторными ключами СТК , получившими массовое применение в энергетической электронике в е годы. Однако БТ, особенно высоковольтные, имеют ряд серьезных недостатков: малый коэффициент передачи тока; большой разброс значений этого коэффициента с учетом технологических и температурных факторов; малая номинальная и пиковая плотность тока в силовой цепи; необходимость применения знакопеременного управляющего напряжения; малая область безопасной работы ОБР из-за склонности БТ к кумуляции тока; значительное время рассасывания неосновных носителей [1]. Эти свойства БТ приводят к тому, что в преобразовательных устройствах, имеющих, как правило, простую структуру силовых цепей, требуется большое количество достаточно сложных и мощных вспомогательных цепей, обеспечивающих управление БТ и их защиту. Недостатки БТ настолько существенны, что нельзя считать случайным разработку и освоение на рубеже г. Все же БТ, с учетом их усовершенствования в е годы [2], продолжают применяться в некоторых важных областях преобразовательной техники, характеризующихся большими объемами выпуска и требованием минимальной себестоимости производства: электронные балласты для люминесцентных ламп, блоки электронного зажигания на автомобилях, схемы строчной развертки электронно-лучевых трубок. Однако их роль будет неуклонно снижаться. MOSFET в качестве СТК обладают многими привлекательными свойствами: быстрота переключения, сравнительно большой пиковый ток, простота управления, широкая, практически прямоугольная ОБР, стойкость к лавинному пробою и быстрому нарастанию напряжения на приборе. Еще одним недостатком MOSFET являются плохие характеристики обратного восстановления паразитного диода, встроенного в его структуру, что может быть критично в тех схемах применения и режимах работы, где этот диод проводит ток, а затем резко выключается. Свойства этого диода заметно ухудшаются с ростом температуры кристалла, а также при увеличении класса СТК по блокируемому напряжению.

IGBT и MOSFET-инверторы — в чем разница?

В едином технологическом цикле в полупроводнике организуют структуры мощного биполярного p-n-p транзистора, которым управляет МОП-транзистор малой мощности, имеющий n-канал. Выводы БТИЗ носят названия затвора, коллектора и эмиттера. Достоинства: возможность коммутации токов в тысячи ампер и допустимость прикладывания постоянного напряжения коллектор-эмиттер в несколько киловольт к запертому транзистору. Если напряжение коллектор-эмиттер запертого БТИЗ превышает приблизительно В, то падающее на выводах коллектор-эмиттер открытого БТИЗ напряжение насыщения обычно меньше по сравнению с полевыми транзисторами той же ценовой группы.

Человечество оказалось для Земли страшнее астероида, убившего динозавров. В статье дается выборочный обзор некоторых новых импульсных преобразователей и контроллеров; представлена уникальная в своем роде программа ADISimPower, обеспечивающая быстрый подбор компонентов и проектирование схемы питания, а также подробно рассматривается новый аналогово-цифровой контроллер для блоков питания ADP

Драйверы затворов IGBT- и MOSFET- транзисторов с оптической развязкой

В данной серии статей рассмотри различные аспекты связанные с IGBT транзисторами. Всего планируется размещение 3 статей по разной тематике. Из статей вы получите наиболее важную и необходимую информацию по IGBT транзисторам. Первая статья поведает об основах транзисторов этого типа их структуре и развитии технологии. Из этой статьи читатель узнает о силовых полупроводниковых приборах, недавно появившихся в арсенале разработчика силовой импульсной техники, о биполярных транзисторах с изолированным затвором lGBT.

Биполярный транзистор с изолированным затвором

Биполярные транзисторы с изолированным затвором являются новым типом активного прибора, который появился сравнительно недавно. Его входные характеристики подобны входным характеристикам полевого транзистора, а выходные — выходным характеристикам биполярного. По быстродействию они значительно превосходят биполярные транзисторы. Чаще всего IGBT-транзисторы используют в качестве мощных ключей, у которых время включения 0,2 — 0,4 мкс, а время выключения 0,2 — 1,5 мкс, коммутируемые напряжения достигают 3,5 кВ, а токи А. IGBT- т ранзисторы вытесняют тиристоры из высоковольтных схем преобразования частоты и позволяют создать импульсные источники вторичного электропитания с качественно лучшими характеристиками. IGBT- т ранзисторы используются достаточно широко в инверторах для управления электродвигателями, в мощных системах бесперебойного питания с напряжениями свыше 1 кВ и токами в сотни ампер. В какой-то степени это является следствием того, что во включенном состоянии при токах в сотни ампер падение напряжения на транзисторе находится в пределах 1,5 — 3,5В.

IGBT, БТИЗ (от англ. Insulated-gate bipolar transistor — биполярный транзистор с изолированным затвором) — трёхэлектродный силовой электронный.

IGBT транзистор

Igbt что это

В статье описываются основы применения перспективных силовых модулей для повышения возможностей частотных преобразователей. Они позволяют удешевить многие решения в области электропривода с использованием мощных асинхронных двигателей. Это современный прибор, появившийся примерно в конце прошлого века и сделавший революцию в силовой электронике. Электроэнергия используется человечеством уже давно, по мере развития техники одна часть возникающих проблем была успешно решена как например, отказ от дорогих магнитных сплавов в пользу дешевой стали и медных обмоток возбуждения в двигателях постоянного тока и магнитах Вернер Сименс.

Модуль IGBT для частотного преобразователя, эксплуатация на практике

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: 🧧#15 Как работает IGBT транзистор. 6кВ 2.5 кА?

Из-за своих изолированных затворов IGFET транзисторы всех типов имеют чрезвычайно высокий коэффициент усиления по току: не может быть устойчивого тока затвора, если нет замкнутой цепи затвора, в которой электроны могут непрерывно протекать. Этот высокий коэффициент усиления по току, по-видимому, дает технологии IGFET решающее преимущество по сравнению с биполярными транзисторами в плане управления большими токами. Было бы хорошо с точки зрения схемы управления иметь силовые транзисторы с высоким коэффициентом усиления по току так, чтобы для управления током нагрузки требовалось гораздо меньше управляющего тока. Разумеется, мы можем использовать транзисторные пары Дарлингтона, чтобы увеличить усиление по току, но для такого устройства всё равно будет требоваться гораздо больший управляющий ток, чем для эквивалентной схемы на мощном полевом транзисторе с изолированным затвором:. Однако, к сожалению, полевые транзисторы с изолированным затвором имеют проблемы с управлением высокими токами: они, как правило, демонстрируют большее падение напряжения сток-исток, чем падение напряжения коллектор-эмиттер у насыщенного биполярного транзистора.

Курышева Евгения Фирма Компел.

Это интересно!

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой. Технологии в области силовой электроники все время совершенствуются: реле становятся твердотельными , биполярные транзисторы и тиристоры заменяются все обширнее на полевые транзисторы, новые материалы разрабатываются и применяются в конденсаторах и т. С чем же это связано?

Применение IGBT в преобразовательной технике

Регистрация Забыл пароль. Теги каталога: инверторы, драйвер, затвор, режим, расчет, каскад, управление, блок, мощный, аналоги, даташит, распиновка, принцип работы, проверка, корпус, SMD, СМД, пайка, описание, наряжение, мощность, ток, характеристики, параметры, высокочастотные, оптом, схема, справочник, маркировка, цоколевка, фото. Поэтому входные характеристики IGBT подобны входным характеристикам полевого транзистора, а выходные — выходным характеристикам биполярного. В каталоге нашего магазина указаны складские розничные цены, при этом, оптовые покупатели, имеют возможность купить дешевле со скидкой.


Новая технология РТ IGBT против мощных полевых транзисторов

О компании Advanced Power Technology

Диапазон продукции Advanced Power Technology достаточно широк и объединяет в себе различные направления. Это дискретные устройства — биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT, мощные полевые транзисторы, диоды на основе барьера Шоттки, диоды с быстрым восстановлением, а также модульные сборки на основе кристаллов дискретных элементов. Кроме того, APT выпускает устройства с повышенными эксплуатационными характеристиками для военной, аэрокосмической промышленности и мощные высокочастотные силовые транзисторы.

Сегодня мы постараемся поподробнее рассмотреть одно из направлений силовых полупроводниковых приборов — линию дискретных биполярных транзисторов с изолированным затвором РТ IGBT, выполненных по новой технологии Advanced Power Technology Power MOS 7.

 

Структура РТ IGBT

Всем известно, что биполярные транзисторы с изолированным затвором обладают преимуществами легкого управления  МОП полевых транзисторов и низкими потерями проводимости, характерными для биполярных транзисторов. Традиционно IGBT используют в применениях, где необходимо работать с высокими токами и напряжениями. Сегодня Advanced Power Technology представляет новое поколение РТ IGBT, которое позволяет сбалансировать потери на переключение и потери проводимости и использовать эти транзисторы в области высоких частот, где обычно применяются МОП полевые транзисторы, одновременно обеспечивая высокий КПД.

Как видно из рис. 1, структура РТ IGBT практически идентична структуре других топологий биполярных транзисторов с изолированным затвором.

Рис. 1. Структура PT IGBT

Особенностью структуры РТ IGBT является наличие комбинации инжектирующего слоя p+ и буферного слоя n+. Благодаря высокой инжектирующей способности слоя p+ буферный слой контролирует коэффициент передачи транзистора при помощи ограничения числа дырок, которые были изначально введены в область дрейфа. В связи с тем что время жизни неосновных носителей в буферном слое намного ниже, чем в области дрейфа, буферный слой поглощает захваченные дырки в момент выключения.

В дополнение к работе буферного слоя n+, «хвостовой» ток в PT IGBT контролируется ограничением общего времени жизни неосновных носителей до того, как они рекомбинируют. Это свойствоназывается управлением временем жизни неосновных носителей. Облучение электронами в процессе производства создает дополнительные рекомбинационные центры во всем пространстве кристалла кремния, которые существенно уменьшают время жизни неосновных носителей и, следовательно, «хвостовой» ток. Дырки быстро рекомбинируют даже при отсутствии напряжения в устройстве, характерном для режима мягкого переключения.

Устройства нового поколения PT IGBT Power MOS 7 выделяются среди прочих IGBT высокой скоростью переключений. Этому способствует металлическая полосковая топология затвора. В результате применения данной топологии устройства обладают очень низким внутренним эквивалентным сопротивлением затвора (EGR) — доли Ом — гораздо меньшим, чем у устройств с поликремниевым затвором. Низкое сопротивление затвора дает возможность быстрее осуществлять переключения и, следовательно, уменьшить потери. Полосковая металлическая топология обеспечивает равномерное и быстрое возбуждение затвора, уменьшая нагрев при переходных процессах и повышая надежность. Наконец, полосковая структура затвора более устойчива к дефектам, которые неизбежно возникают во время производства, и улучшает выносливость и надежность устройства, особенно в режиме работы транзистора при высоком токе и высокой температуре.

Управление PT IGBT Power MOS 7 очень похоже на управление традиционными МОП полевыми транзисторами. При прямой замене полевых транзисторов устройствами PT IGBT Power MOS 7 в высокочастотных применениях можно использовать те же уровни, даже если они составляют всего 10 В. В этих случаях рекомендуемые значения управляющего напряжения затвора для уменьшения потерь при включении составляют 12–15 В — как для биполярных транзисторов с изолированным затвором, так и для МОП полевых транзисторов.

Потери на переключение и потери проводимости
Динамические характеристики включения биполярных транзисторов с изолированным затвором практически идентичны характеристикам МОП полевых транзисторов. При выключении есть различия, связанные с наличием «хвостового» тока. Подавить «хвостовой» ток полностью не удается, и поэтому у IGBT импульсная энергия выключения намного больше энергии включения. Стремление получить высокие динамические характеристики и сокращение потерь на переключение приводит к росту потерь проводимости, поэтому перед разработчиками часто стоит проблема выбора оптимального соотношения. Чтобы уменьшить потери проводимости, импульсная энергия должна увеличиваться и наоборот, а снижение напряжения приводит к росту потерь на переключение.

Рис. 2 изображает выбор оптимального соотношения между импульсной энергией выключения Еoff и напряжением коллектор — эмиттер в открытом состоянии транзистора VCE(on). Представлены зависимости для двух поколений IGBT: характеристика предыдущего поколения IGBT и характеристика РТ IGBT Power MOS 7. При использовании устройств нового поколения РТ IGBT удается снизить энергию выключения на 30–50% без значительного увеличения VCE(on). Результатом этого является повышение КПД в импульсных источниках питания, использующих PT IGBT новой технологии Power MOS 7.

Рис. 2. Зависимость импульсной энергии от напряжения

 

Рабочие частоты и токи

Одним из самых удобных методов сравнения производительности различных устройств, таких, например, как IGBT и МОП полевые транзисторы, является зависимостьрабочей частоты от тока. Удобство метода заключается в том, что можно увидеть не только потери проводимости, но и потери на переключение, а также оценить тепловое сопротивление.

На рис. 3 изображены кривые зависимости частоты и тока для трех устройств: одного PT IGBT и двух мощных МОП полевых транзисторов. Все три устройства являются устройствами нового поколения Power MOS 7 производства АРТ.

Рис. 3. Зависимость рабочей частоты от тока

АРТ30GP60В — это биполярный транзистор с изолированным затвором нового семейства PT IGBT Power MOS 7 с рабочим напряжением 600 В и номинальным значением прямого тока IC2 49 А в корпусе ТО-247. Устройства АРТ6038ВLL и АРТ6010В2LL — это МОП полевые транзисторы Power MOS 7 с рабочим напряжением 600 В и номинальными значениями прямых токов ID 17 и 54 А соответственно. Транзистор АРТ6038ВLL выполнен в корпусе ТО-247, а АРТ6010В2LL — в корпусе Т-МАХ (схожий с ТО-247).

В качестве условий тестирования были выбраны следующие параметры: режим жесткого переключения с индуктивной нагрузкой, рабочее напряжение 400 В, температура перехода TJ — 175 °С, температура корпуса TC — 75 °С, рабочий цикл 50% и общее сопротивление затвора 5 Ом. Совместно с каждым устройством в качестве фиксирующего использовался диод сверхбыстрого восстановления на 15 А и 600 В. Тестируемая схема представляла собой типовую топологию для индуктивных нагрузок.

Устройства АРТ30GP60В и АРТ6038ВLL имеют одинаковые размеры кристалла, а размер кристалла АРТ6010В2LL примерно в 3 раза больше. Обычно стоимость устройства зависит от площади кристалла, поэтому устройства с требуемыми характеристиками, построенные на меньшем по площади кристалле, стоят, как правило, дешевле.

Предположим, что нам необходимо обеспечить импульсный ток 8 А на частоте 200 кГц. Исходя из зависимостей на рис. 3, становится ясно, что МОП полевой транзистор АРТ6038ВLL — наилучший выбор, так как он может работать со значительно большими частотами, чем другие устройства. Теперь предположим, что требуется обеспечить ток 20 А на частоте 200 кГц. Такой ток будет способен обеспечить как PT IGBT АРТ30GP60В, так и МОП полевой  транзистор АРТ6010В2LL. Однако PT IGBT АРТ30GP60В будет стоить в три раза меньше, чем транзистор АРТ6010В2LL, в связи с уменьшенным размером кристалла. МОП полевой  транзистор АРТ6038ВLL полностью отпадает. При токе выше 37 А PT IGBT имеет все преимущества, даже не смотря на то, что обладает меньшим размером кристалла. При таких рабочих частотах температура перехода IGBT будет ниже, чем у МОП полевого транзистора. Этот пример идет вразрез с общепринятым мнением, что МОП полевые транзисторы всегда работают эффективнее, чем IGBT, и высокая эффективность подразумевает высокую стоимость.

Для более корректного анализа стоит сделать еще несколько замечаний.

Во-первых, значение прямого тока ID МОП полевого транзистора АРТ6038ВLL составляет 17 А, но в нашем случае этот полевой транзистор вряд ли сможет обеспечить ток более 10 А. При других условиях, таких, например, как короткий рабочий цикл, транзистор сможет обеспечить прямой ток, близкий к номинальному значению. Номинальное значение прямого тока не может показать нам реальное значение тока для нашего применения, так как измеряется оно в непрерывном режиме (без потерь на переключение) и при определенной температуре. В основном номинальное значение прямого тока показывает относительную величину тока и потери проводимости в устройстве.

Во-вторых, общее сравнение показывает, что значение прямого тока ID МОП полевого транзистора АРТ6010В2LL (при непрерывном режиме с температурой корпуса 25 °С) близко к значению прямого тока IC2 IGBT АРТ30GP60В (при непрерывном режиме с температурой корпуса 110 °С) — 54 и 49 А соответственно. Эти характеристики весьма схожи между собой, производительность этих двух устройств тоже практически одинаковая. Оба устройства могут работать на частоте 200 кГц при рабочих токах, в половину меньших номинального значения тока.

В-третьих, биполярные транзисторы обладают большей плотностью тока, чем МОП полевые транзисторы, благодаря чему IGBT используют кристаллы меньшего размера с тем же уровнем мощности, что и МОП полевые транзисторы. Из-за значительного увеличения сопротивления в открытом состоянии полевые транзисторы обладают гораздо меньшей плотностью тока при рабочих напряжениях свыше 300 В. И здесь гораздо целесообразнее использовать IGBT.

В завершении надо отметить, что необходимо понимание относительной эффективности того или иного устройства при применении в различных условиях. На высоких частотах и сравнительно низкихтоках предпочтение отдается, как правило, МОП полевым транзисторам (или же РТ IGBT малых размеров). IGBT является лучшим решением в применениях, где требуется больший ток, так как потери проводимости умеренно увеличиваются с увеличением тока, в то время как значения потерь проводимости мощного полевого транзистора пропорциональны квадрату значения тока. В большинстве частотных и токовых диапазонов могут применяться различные устройства, однако последнее поколение PT IGBT Power MOS 7 выступает как самое недорогое решение.

 

Температурные эффекты

Скорость включения в импульсном режиме работы и потери для биполярных транзисторов с изолированным затвором и полевых транзисторов практически не зависят от температуры. Между тем, в режиме жесткого переключения обратный ток восстановления диода увеличивается с увеличением температуры, что увеличивает потери на переключение. Скорость выключения МОП полевых транзисторов также, в сущности, не связана с температурой, но скорость выключения IGBT ухудшается и потери на переключение, соответственно, увеличиваются с ростом температуры. Тем не менее в транзисторах PT IGBT Power MOS 7 потери сохраняются практически на прежнем уровне благодаря контролю над временем жизни неосновных носителей.

Одним из основных недостатков обычных IGBT силовых транзисторов является отрицательный температурный коэффициент (ТК) по напряжению насыщения (VCE(on)), что нарушает баланс токов при параллельном соединении транзисторов.

На рис. 4 представлены зависимости, характеризующие температурный коэффициент IGBT APT65GP60B2.

Рис. 4. Температурный коэффициент IGBT APT65GP60B2

Из рисунка видно, что температурный коэффициент слегка меняется в зависимости от тока коллектора — от отрицательного значения при токе меньше 65 А (нулевому ТК соответствует ток 75 А — на рисунке не показан) до положительного при токе больше 75 А. На это свойство специально был сделан упор при разработке PT IGBT Advanced Power Technology Power MOS 7 нового поколения. Данное свойство позволяет достаточно просто осуществлять параллельное включение устройств.

В отличие от PT IGBT полевые транзисторы обладают жестким положительным температурным коэффициентом, что приводит к потере проводимости при соединении более чем двух устройств при условии их работы в температурном диапазоне 25–125 °С.

 

Применение в системах импульсных источников питания (SMPS)

Усилительный преобразователь в режиме жесткого переключения

На рис 5. дано сравнение зависимостей рабочей частоты и прямого тока устройств PT IGBT АРТ15GP60В (IC2 = 27 А) и полевого транзистора АРТ6029BLL (ID = 21 А). Условия были выбраныте же, что и ранее: режим жесткого переключения с индуктивной нагрузкой, рабочее напряжение 400 В, температура перехода TJ — 175 °С, температура корпуса TC — 75 °С, рабочий цикл 50% и общее сопротивление затвора 5 Ом. Совместно с каждым устройством в качестве фиксирующего использовался диод сверхбыстрого восстановления на 15 А и 600 В. Из приведенных зависимостей видно, что каждое устройство может работать с частотой 200 кГц и током 14 А. При увеличении токов более привлекательным становится использование IGBT, так как при этом его рабочая частота выше, чем полевого транзистора. IGBT АРТ15GP60В обладает меньшими размерами кристалла, и поэтому дешевле. При значениях тока ниже 14 А полевой МОПтранзистор может работать с более высокой частотой, и это означает, что использование МОП полевого транзистора в этих условиях эффективнее, чем использование IGBT.

Рис. 5. Исполнение в схеме SMPS. Зависимость частоты усиления от тока

 

Фазосдвигающий мост

На рис. 6 приведена зависимость максимальной рабочей частоты и тока для устройств, схожих с предыдущими. АРТ6029BFLL — это силовой транзистор из семейства FREDFET (полевой транзистор со встроенным быстрым диодом), а АРТ15GP60BDF1 — COMBI IGBT (IGBT со встроенным диодом быстрого восстановления). Оба устройства могут использоваться в построении мостовых схем.

Рис. 6. Зависимость рабочей частоты от тока для фазосдвигающего моста

Анализируемая схема представляет собой ключ нулевого напряжения, что характерно для режима жесткого переключения. Из рис. 6 видно, что кривые зависимости частоты от тока просто смещены в область более высоких значений тока, если сравнивать с рис. 5 для усилительного преобразователя в режиме жесткого переключения. На самом деле необходимо отметить, что кривые IGBT смещены дальше, чем кривые полевого транзистора. Это обусловлено тем, что IGBT обладает меньшими потерями проводимости, чем полевой транзистор. При рабочем токе выше 13 А основные потери полевого транзистора обусловлены потерями проводимости. При значении тока 15 А у МОП полевого транзистора АРТ6029BLF теряется 75 Вт мощности в связи с потерями проводимости, в то время как у PT IGBT АРТ15GP60BDF1 — около 14 Вт. Потери на переключение преобладают над потерями проводимости IGBT вплоть до уровня рабочего тока 40 А. При токе выше 40 А потери проводимости IGBT становятся больше, чем потери на переключение.

Когда значение рабочей частоты ниже 300 кГц, IGBT обладает преимуществом режима мягкого включения в схеме фазосдвигающего моста, так как допустимое максимальное значение рабочего тока больше, чем у полевого транзистора. Малые потери на переключение IGBT в результате мягкого переключения дополнены малыми потерями проводимости. Таким образом, семейство Power MOS 7 PT IGBT находит свое применение как в схемах мягкого, так и жесткого переключения.

 

Заключение

Новое поколение биполярных транзисторов с изолированным затвором PT IGBT Power MOS 7 производства Advanced Power Technology обладает совокупностью значительно улучшенных динамических характеристик, малыми потерями проводимости и универсальной способностью мягкого переключения. Дополняя эти преимущества немаловажным фактором — невысокой стоимостью — новое поколение транзисторов PT IGBT Power MOS 7 действительно может заменить полевые транзисторы в применениях импульсного электропитания. Теперь уже трудно сказать, насколько долго продержатся высоковольтные полевые транзисторы в составе устройств питания. Скорее всего, в будущем биполярные транзисторы с изолированным затвором займут их место.

Литература
  1. Latest Technology PT IGBTs vs. Power MOSFETs. Application Note APT0302 Rev. A. 04-04-2003.

IGBT

Автор: admin

18 Ноя

Новые IGBT-транзисторы выполнены по надежной и недорогой архитектуре Field Stop II Trench, обеспечивающей высокую производительность в требовательных схемах коммутации за счёт низкого остаточного сопротивления и минимальных потерь на переключение.

Ниже перечислены параметры IGBT-транзисторов, одинаково хорошо подходящих для бесперебойных источников питания, солнечных инверторов и схем управления электродвигателями. Некоторые из транзисторов содержат быстродействующий демпферный диод с малым падением прямого напряжения. Приборы серии L2 специально разработаны для схем управления двигателями, но также отлично подойдут для применения в сварочных аппаратах.


Читать далее »

Автор: admin

7 Сен

Новые IGBT-транзисторы выполнены по надёжной и недорогой Trench-технологии, отличаются низким остаточным напряжением в открытом состоянии и минимальными потерями на переключение, обеспечивая высокую производительность для требовательных импульсных приложений.

IGBT транзисторы выполняют функцию силовых ключей в схемах средней и большой мощности. Благодаря высокой скорости переключения, низкому остаточному напряжению в открытом состоянии, широкой зоне безопасной работы (SOA), лёгкости управления затвором и относительно малому температурному дрейфу параметров они имеют значительные преимущества перед MOSFET- и BJT-транзисторами.


Читать далее »

Автор: admin

14 Май

Новое семейство IGBT-транзисторов L5 на основе технологии TRENCHSTOP™ 5 с тонкой подложкой специально разработано для работы на низких частотах переключения от 50 Гц до 20 кГц.

Новый класс IGBT-транзисторов с низким напряжением насыщения VCE(sat) можно встретить в источниках бесперебойного питания, солнечных инверторах и сварочных системах. Семейству приборов L5 на основе технологии TRENCHSTOP™ 5 с тонкой подложкой свойственны очень низкие потери на переключение, которые были дополнительно снижены за счёт оптимизации несущего профиля. При типовом значении напряжения VCE(sat) = 1.05 В при температуре 25°C новые транзисторы позволяют увеличить КПД схемы на 0.1% в топологии NPC 1 и на 0.3% в топологии NPC 2 по сравнению с предыдущим поколением IGBT-транзисторов серии TRENCHSTOP. За счёт положительного температурного коэффициента напряжения VCE(sat) высокое значение КПД сохраняется на одном уровне, что является образцовым промышленным показателем для ключей на IGBT-транзисторах, работающих на частотах ниже 20 кГц.


Читать далее »

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: Infineon
Автор: admin

17 Мар

«Повышайте КПД. Повышайте плотность мощности! Снижайте стоимость». Звучит знакомо?

Неустанное стремление к инновациям и снижению стоимости продолжается. Но где же пункт назначения? Там, где технология изготовления новых дискретных IGBT-транзисторов TRENCHSTOP™ объединяется с новейшим 4-выводным корпусом TO-247 с кельвин-эмиттером. Этот тандем обеспечивает 20%-е снижение индуктивности выводов за счёт наличия четвёртого вывода датчика тока с эмиттера. Также данная конструкция уменьшает на 20% потери на переключение во всем диапазоне нагрузок.


Читать далее »

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: Infineon
Автор: admin

12 Ноя

Новое поколение IGBT-транзисторов с высоким КПД и надёжностью для индукционных печей.

Новейшее поколение IGBT-транзисторов с обратной проводимостью от компании Infineon оптимизировано для соответствия требованиям, предъявляемым к индукционным печам. Среди моделй семейства RC-H5 разработчики смогут выбрать приборы с напряжением коллектор-эмиттер 650 В, 1200 В и 1350 В, а также получить преимущества высокого КПД и надёжности без удорожания конечного продукта. Транзисторы с рабочим напряжением 1200 В и 1350 В предназначены для использования в однотактных схемах источников питания индукционных печей. Они обладают хорошим соотношением цена/производительность, результатом чего является общее снижение стоимости конечного продукта за счёт экономии средств на пассивных компонентах схемы.


Читать далее »

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: Infineon
Автор: admin

15 Окт

Новое семейство IGBT-транзисторов с напряжением коллектор-эмиттер до 1200 В, выполненных по технологии Field Stop Trench, имеет минимальные потери проводимости, благодаря чему напряжение насыщения VCE(SAT) составляет 1.8 В, что значительно ниже, чем у предыдущего поколения быстродействующих транзисторов с планарным затвором — NPT IGBT.

Такое значение напряжения насыщения является одним из самых низких на рынке для приборов с максимальным напряжением коллектор-эмиттер 1200 В. Высокая эффективность достигается за счет минимальных потерь на выключение (EOFF), не превышающих 30 мкДж/А. Все устройства семейства содержат шунтирующий диод, оптимизированный для высочастотной коммутации.


Читать далее »

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: Fairchild
Автор: admin

29 Апр

Этот биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) изготовлен по надёжной и эффективной по стоимости технологии Field Stop (FS) Trench.

Прибор обеспечивает высочайшую производительность в требовательных импульсных устройствах, обладая при этом низким остаточным напряжением и малыми потерями на переключение. IGBT-транзистор хорошо подходит для резонансных схем и каскадов с мягким режимом коммутации. Схема транзистора содержит шунтирующий диод с низким падением прямого напряжения.

Преимущества:

  • Низкие потери проводимости
  • Снижение рассеиваемой мощности системы


Читать далее »

Автор: admin

29 Апр

Высокая эффективность при низких потерях на переключение и проводимости.

Новая технология производства IGBT-транзисторов TRENCHSTOP™ 5 от компании Infineon позволяет говорить о том, что данный класс приборов может иметь непревзойдённую производительность и высокий КПД в мощных импульсных устройствах. Транзисторы на основе этой технологии оптимально подходят для применения в схемах корректоров коэффициента мощности и ШИМ-преобразователях, которые в свою очередь используются в таких устройствах, как источники бесперебойного питания и инверторные сварочные аппараты.


Читать далее »

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: Infineon
Автор: admin

3 Апр

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) и интегрированным антипараллельным диодом для систем индукционного нагрева, электронного зажигания, фотовспышек, схем управления двигателями и других сильноточных импульсных приложений.

Транзистор изготовлен с применением надёжной и недорогой технологии Field Stop Trench и имеет высокую эффективность, что предопределяет его использование в схемах с жестким режимом коммутации, где он сможет продемонстрировать низкое остаточное напряжение коллектор-эмиттер и низкие потери на переключение. Кроме того, данный транзистор также подходит для применения в резонансных каскадах и схемах с мягким режимом коммутации.


Читать далее »

Автор: admin

12 Мар

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) для систем электронного зажигания, вспышек, управления двигателями и других сильноточных приложений с импульсным режимом работы.

Новый IGBT-транзистор выполнен на основе надёжной и эффективной по стоимости технологии Trench и обеспечивает максимальную эффективность при использовании в требовательных устройствах с импульсным режимом работы. NGTB50N60FWG отличается низким остаточным напряжением коллектор-эмиттер и минимальными потерями на переключение.


Читать далее »

Что такое силовой модуль IGBT?

Силовая электроника Semikron, в том числе модули IGBT необходимы для преобразования электричества из одной формы в другую, чтобы электричество можно было более удобно и безопасно использовать всеми цифровыми устройствами, из которых состоит наша современная жизнь. 

Силовые модули нагреваются из-за потерь тепла в процессе преобразования, и в некоторых случаях потери достигают 5%. Например, в электромобиле потери могут достигать 10-15%, что, в свою очередь, влияет на запас хода и производительность автомобиля. 

Что такое силовой модуль IGBT, что он делает и как работает?

IGBT — это силовой полупроводниковый кристалл, сокращенная форма биполярного транзистора с изолированным затвором. Силовой модуль IGBT представляет собой сборку и физическую упаковку нескольких силовых полупроводниковых кристаллов IGBT в одном корпусе. Кристаллы обычно подключаются в выбранной электрической конфигурации.

Силовой модуль IGBT работает как переключатель и может использоваться для чрезвычайно быстрого включения и выключения электропитания с высокой энергоэффективностью.

Силовой модуль IGBT становится предпочтительным устройством для приложений высокой мощности благодаря его способности улучшать характеристики:

Силовой модуль IGBT работает как электронное коммутационное устройство. Путем попеременного переключения постоянный ток (DC) может быть преобразован в переменный ток (AC) и наоборот. Происходящее преобразование энергии важно для правильной работы устройств. Для привода электродвигателя необходим трехфазный переменный ток. С другой стороны, все системы хранения электроэнергии (аккумуляторы) нуждаются в постоянном токе.

Что такое инвертор IGBT?

Инвертор обеспечивает преобразование энергии от источника к нагрузке. Инвертор в основном используется для преобразования энергии в двух целях:

  1. Power-to-power: преобразование электроэнергии для передачи, распределения или хранения энергии. Примером может служить солнечный инвертор, преобразующий постоянный ток, исходящий от солнечного света, непосредственно в переменный ток, который подается в электросеть. 

  2. Power-to-motion: обеспечение энергии для создания движения электродвигателей путем преобразования электричества из одной формы в другую, обычно механическую. Примером может служить электромобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями. Здесь основной инвертор преобразует постоянный ток от аккумуляторной батареи электромобиля в переменный ток, приводя в действие силовую установку автомобиля. 

IGBT-инвертор представляет собой инвертор с силовыми модулями IGBT для обеспечения функций переключения высокого напряжения/мощности.

Что такое IGBT: работа, характеристики переключения, SOA, резистор затвора, формулы

SOA IGBT состоит из SOA с прямым смещением и SOA с обратным смещением, однако, поскольку конкретный диапазон значений может отличаться в соответствии со спецификациями устройства, пользователям рекомендуется проверить эквивалентность фактов в таблице данных.

Зона безопасной работы с прямым смещением

На рисунке 5 показана безопасная рабочая зона (FBSOA) IGBT RBN50H65T1FPQ.

SOA разделена на 4 области в зависимости от конкретных ограничений, как указано ниже:

  • Область ограничена наивысшим номинальным импульсным током коллектора IC (пиковым).
  • Площадь ограничена областью рассеивания коллектора
  • Площадь ограничена вторичной пробой. Помните, что этот вид неисправности приводит к сужению безопасной рабочей области IGBT, за исключением случаев, когда устройство имеет запас на вторичный пробой.
  • Площадь ограничена максимальным номинальным напряжением коллектора и эмиттера VCES.

Безопасная рабочая зона при обратном смещении

На рисунке 6 показана зона безопасной работы с обратным смещением (RBSOA) IGBT RBN50H65T1FPQ.

Эта конкретная характеристика работает в соответствии с SOA обратного смещения биполярного транзистора.

Когда обратное смещение, которое не включает смещение, подается на затвор и эмиттер IGBT во время его выключения для индуктивной нагрузки, мы обнаруживаем, что высокое напряжение подается на коллектор-эмиттер IGBT.

Одновременно с этим постоянно движется большой ток из-за остаточного отверстия.

При этом SOA с прямым смещением не может использоваться, в то время как SOA с обратным смещением может использоваться.

SOA с обратным смещением разделена на 2 ограниченные области, как объясняется в следующих пунктах, в конечном итоге область устанавливается путем проверки реальных процедур функционирования IGBT.

  1. Площадь ограничена максимальным пиковым током коллектора Ic (пик).
  2. Область ограничена максимальным номинальным напряжением пробоя коллектор-эмиттер VCES. Обратите внимание, что IGBT может быть поврежден, если указанная траектория работы VCEIC отклоняется от спецификаций SOA устройства.

Следовательно, при разработке схемы на базе IGBT необходимо убедиться, что рассеяние и другие проблемы с производительностью соответствуют рекомендуемым границам, а также необходимо учитывать конкретные характеристики и постоянные пробоя цепи, относящиеся к допуску пробоя.

Например, SOA с обратным смещением имеет температурную характеристику, которая снижается при экстремальных температурах, а рабочий график VCE / IC смещается в соответствии с сопротивлением затвора Rg IGBT и напряжением затвора VGE.

Поэтому очень важно определять параметры Rg и ​​VGE применительно к рабочей экосистеме и наименьшему значению сопротивления затвора в периоды выключения.

Кроме того, демпферная цепь может быть полезна для управления dv / dt VCE.

Статические характеристики

На рисунке 7 показаны выходные характеристики IGBT RBN40h225S1FPQ. На рисунке показано напряжение коллектор-эмиттер, в то время как ток коллектора проходит в случайной ситуации напряжения затвора.

Напряжение коллектор-эмиттер, которое влияет на эффективность обработки тока и потери во время включения, изменяется в зависимости от напряжения на затворе и температуры тела.

Все эти параметры необходимо учитывать при проектировании схемы драйвера IGBT.

Ток возрастает всякий раз, когда VCE достигает значений от 0,7 до 0,8 В, хотя это происходит из-за прямого напряжения PN перехода коллектор-эмиттер.

На рисунке 8 показана зависимость напряжения насыщения коллектор-эмиттер от напряжения затвора IGBt RBN40h225S1FPQ.

По существу, VCE (sat) начинает падать при повышении напряжения затвор-эмиттер VGE, хотя изменение является номинальным, пока VGE = 15 В или выше. Поэтому рекомендуется по возможности работать с напряжением затвор / эмиттер VGE около 15 В.

На рисунке 9 показаны характеристики тока коллектора в зависимости от напряжения затвора IGBT RBN40h225S1FPQ.

Характеристики IC / VGE основаны на изменениях температуры, однако область низкого напряжения затвора по направлению к точке пересечения имеет тенденцию быть отрицательным температурным коэффициентом, в то время как область высокого напряжения затвора означает положительные температурные коэффициенты.

Учитывая, что силовые IGBT будут выделять тепло во время работы, на самом деле более выгодно обратить внимание на область положительного температурного коэффициента, в частности когда устройства работают параллельно .

В Рекомендуемое напряжение затвора при VGE = 15 В проявляет положительные температурные характеристики.

На рисунках 10 и 11 показано, как характеристики напряжения насыщения коллектор-эмиттер вместе с пороговым напряжением затвора
IGBT зависят от температуры.

Из-за того, что напряжение насыщения коллектор-эмиттер имеет характеристики с положительным температурным коэффициентом, непросто пропускать ток, когда работа IGBT рассеивает большое количество температуры, которая становится причиной блокировки эффективного тока во время параллельной работы IGBT.

Напротив, работа порогового напряжения затвор-эмиттер зависит от отрицательных температурных характеристик.

Во время высокого тепловыделения пороговое напряжение падает вниз, вызывая более высокую вероятность неисправности устройства в результате генерации шума.

Поэтому внимательное тестирование, сосредоточенное на вышеуказанных характеристиках, может иметь решающее значение.

Характеристики емкости затвора

Характеристики заряда: На рисунке 12 показаны характеристики заряда затвора стандартного IGBT-устройства.

Характеристики затвора IGBT в основном соответствуют тем же принципам, что и силовые MOSFET, и предоставляют в качестве переменных, которые определяют ток возбуждения устройства и рассеиваемую мощность возбуждения.

На рисунке 13 показана характеристическая кривая, разделенная на периоды с 1 по 3.
Ниже описаны рабочие процедуры, относящиеся к каждому периоду.

Период 1: напряжение затвора повышается до порогового значения, при котором ток только начинает течь.

Участок, восходящий от VGE = 0 В, является участком, отвечающим за зарядку емкости затвор-эмиттер Cge.

Период 2: пока происходит переход из активной области в область насыщения, напряжение коллектор-эмиттер начинает изменяться, и емкость Cgc затвор-коллектор заряжается.

Этот период сопровождается заметным увеличением емкости из-за зеркального эффекта, который заставляет VGE становиться постоянным.

С другой стороны, пока IGBT полностью находится во включенном состоянии, изменение напряжения на коллектор-эмиттер (VCE) и зеркальный эффект исчезают.

Период 3: В этот конкретный период IGBT переходит в полностью насыщенное состояние, и VCE не показывает никаких изменений. Теперь напряжение затвор-эмиттер VGE начинает увеличиваться со временем.

Как определить ток привода затвора

Ток возбуждения затвора IGBT зависит от внутреннего последовательного сопротивления затвора Rg, сопротивления источника сигнала Rs схемы драйвера, элемента rg, который является внутренним сопротивлением устройства, и напряжения возбуждения VGE (ON).

Ток управления затвором рассчитывается по следующей формуле.

IG (пик) = VGE (вкл.) / Rg + Rs + rg

Принимая во внимание вышесказанное, следует создать схему вывода драйвера IGBT, обеспечивающую ток возбуждения, равный или превышающий IG (пиковое значение).

Как правило, пиковый ток оказывается меньше, чем значение, определенное с помощью формулы, из-за задержки в схеме драйвера, а также из-за задержки нарастания dIG / dt тока затвора.

Это может происходить из-за таких аспектов, как индуктивность проводки от схемы возбуждения к точке подключения затвора устройства IGBT.

Кроме того, характеристики переключения для каждого включения и выключения могут сильно зависеть от Rg.

В конечном итоге это может повлиять на время переключения и дефицит переключения. Очень важно выбрать подходящий Rg с учетом характеристик используемого устройства.

Расчет потерь привода

Потери, возникающие в схеме драйвера IGBT, могут быть изображены с помощью приведенной ниже формулы, если все потери, возникающие в схеме драйвера, поглощаются указанными выше факторами сопротивления. ( ж указывает частоту переключения).

P (потери привода) = VGE (вкл.) × Qg × f

Характеристики переключения

Учитывая, что IGBT является переключающим компонентом, скорость его включения и выключения является одним из основных факторов, влияющих на его эффективность работы (потери).

На рисунке 16 показана схема, которую можно использовать для измерения переключения индуктивной нагрузки IGBT.

Поскольку зажим диода подключается параллельно индуктивной нагрузке L, на задержку включения IGBT (или потери при включении) обычно влияют характеристики времени восстановления диода.

Время переключения

Время переключения IGBT, как показано на рисунке 17, можно разделить на 4 периода измерения.

В связи с тем, что время резко меняется для каждого отдельного периода относительно ситуаций Tj, IC, VCE, VGE и Rg, этот период оценивается при следующих условиях.

  • td (on) (время задержки включения) : Момент времени, с которого напряжение затвор-эмиттер увеличивается до 10% напряжения прямого смещения до уровня, пока ток коллектора не возрастет до 10%.
  • tr (время нарастания) : Момент времени, с которого ток коллектора увеличивается с 10% до 90%.
  • td (off) (время задержки выключения) : Момент времени, от которого напряжение затвор-эмиттер достигает 90% напряжения прямого смещения до уровня, пока ток коллектора не упадет до 90%.
  • tf (время падения) : Момент времени, с которого ток коллектора снижается с 90% до 10%.
  • ttail (время хвоста) : Период выключения IGBT состоит из заданного времени (ttail). Это может быть определено как время, затрачиваемое избыточными носителями, оставшимися на стороне коллектора IGBT, на их уменьшение в результате рекомбинации, несмотря на то, что IGBT отключается и вызывает повышение напряжения коллектор-эмиттер.

Характеристики встроенного диода

В отличие от силовых полевых МОП-транзисторов, IGBT не использует паразитный диод .

В результате встроенный IGBT, который поставляется с предварительно установленным чипом Fast Recovery Diode (FRD), используется для управления зарядом индуктивности в двигателях и идентичных приложениях.

В этих типах оборудования эффективность работы как IGBT, так и предварительно установленного диода существенно влияет на эффективность работы оборудования и генерацию шумовых помех.

Кроме того, решающими параметрами, связанными со встроенным диодом, являются обратное восстановление и прямое напряжение.

Характеристики встроенного диода обратного восстановления

Концентрированные неосновные носители разряжаются во время состояния переключения, когда прямой ток проходит через диод, пока не будет достигнуто состояние обратного элемента.

Время, необходимое для полного высвобождения этих неосновных носителей, известно как время обратного восстановления (trr).

Рабочий ток, задействованный в течение этого времени, называется током обратного восстановления (Irr), а интегральное значение обоих этих интервалов известно как заряд обратного восстановления (Qrr).

Qrr = 1/2 (Irr x trr)

Учитывая, что период времени trr эквивалентно короткозамкнутый, это влечет за собой огромные потери.

Кроме того, он ограничивает частоту в процессе переключения. В целом оптимальным считается быстрый trr и уменьшенный Irr (Qrris small).

Эти качества сильно зависят от тока прямого смещения IF, diF / dt и температуры перехода Tj IGBT.

С другой стороны, если trr становится быстрее, di / dt приводит к увеличению крутизны в период восстановления, как это происходит с соответствующим напряжением коллектор-эмиттер dv / dt, что приводит к увеличению склонности к генерации шума.

Ниже приведены примеры способов борьбы с шумом.

  1. Уменьшите diF / dt (уменьшите время включения IGBT).
  2. Включите демпфирующий конденсатор на коллекторе и эмиттере устройства, чтобы минимизировать напряжение коллектор-эмиттер dv / dt.
  3. Замените встроенный диод каким-нибудь мягким диодом восстановления.

Свойство обратного восстановления в значительной степени зависит от допустимых значений напряжения / тока устройства.

Эту функцию можно улучшить, используя управление сроком службы, сильную металлическую диффузию и различные другие методы.

Характеристики прямого напряжения встроенного диода

На рисунке 19 показаны выходные характеристики встроенного диода стандартного IGBT.

Прямое напряжение на диоде VF означает уменьшение напряжения, возникающее, когда ток IF через диод проходит в направлении прямого падения напряжения на диоде.

Поскольку эта характеристика может привести к потере мощности в процессе генерации обратной ЭДС (обратного диода) в двигателях или в индуктивных приложениях, рекомендуется выбирать меньший VF.

Кроме того, как показано на рисунке 19, характеристики положительного и отрицательного температурного коэффициента определяются величиной прямого тока диода IF.

Характеристики термического сопротивления

На рисунке 20 показаны характеристики сопротивления IGBT по отношению к тепловым переходным процессам и встроенному диоду.

Эта характеристика используется для определения температуры перехода Tj IGBT. Ширина импульса (PW), показанная по горизонтальной оси, обозначает время переключения, которое определяет одиночный однократный импульс и результаты повторяющихся операций.

Например, PW = 1 мс и D = 0,2 (рабочий цикл = 20%) означает, что частота повторения составляет 200 Гц, поскольку период повторения составляет T = 5 мс.

Если представить себе PW = 1 мс и D = 0,2, а мощность рассеяния Pd = 60 Вт, можно определить увеличение температуры перехода IGBT ΔTj следующим образом:
ΔTj = Pd × θj — c (t) = 60 × 0,17 = 10,2

Характеристики короткого замыкания нагрузки

В приложениях, требующих мостовых коммутационных схем IGBT, таких как инверторы, схема защиты от короткого замыкания (перегрузки по току) становится обязательной для выдерживания и защиты от повреждений в течение времени, пока напряжение затвора IGBT не будет отключено, даже в ситуации короткого замыкания на выходе устройства. .

На рисунках 21 и 22 показано время выдержки короткого замыкания и допустимая нагрузка на ток короткого замыкания IGBT RBN40h225S1FPQ.

Эту способность выдерживать короткое замыкание IGBT обычно выражают относительно времени tSC.

Эта выдерживающая способность определяется главным образом на основе напряжения затвор-эмиттер IGBT, температуры тела и напряжения источника питания.

На это следует обратить внимание при разработке критически важной схемы IGBT с H-мостом.

Кроме того, не забудьте выбрать устройство IGBT с оптимальными характеристиками с точки зрения следующих параметров.

  1. Напряжение затвор-эмиттер VGE : С увеличением напряжения затвора увеличивается также ток короткого замыкания и снижается токоподъемность устройства.
  2. Температура корпуса : С увеличением температуры корпуса ΔTj IGBT, выдерживаемая по току емкость снижается, пока устройство не перейдет в аварийную ситуацию. Напряжение питания
  3. VCC: По мере увеличения входного напряжения питания устройства ток короткого замыкания также увеличивается, что приводит к ухудшению токовой нагрузки устройства.

Более того, в момент, когда схема защиты от короткого замыкания или перегрузки определяет ток короткого замыкания и отключает напряжение затвора, ток короткого замыкания на самом деле невероятно велик, чем стандартная величина рабочего тока IGBT.

Во время процесса выключения с использованием этого значительного тока с использованием стандартного сопротивления затвора Rg это может вызвать развитие сильного скачка напряжения, превышающего номинальное значение IGBT.

По этой причине вы должны соответствующим образом выбрать сопротивление затвора IGBT, подходящее для работы в условиях короткого замыкания, как минимум в 10 раз превышающее нормальное значение сопротивления затвора (но оставаясь в пределах значения SOA прямого смещения).

Это должно противодействовать возникновению импульсного напряжения на выводах коллектор-эмиттер IGBT в периоды, когда ток короткого замыкания отключен.

Кроме того, время выдержки короткого замыкания tSC может вызвать распространение скачка напряжения по другим связанным устройствам.

Необходимо позаботиться о том, чтобы обеспечить достаточный запас как минимум в 2 раза превышающий стандартные временные рамки, необходимые для начала работы схемы защиты от короткого замыкания.

Максимальная температура перехода Tjmax для 175 ℃

Абсолютный максимальный рейтинг для температуры перехода большинства полупроводниковых устройств Tj составляет 150 ℃, но Tjmax = 175 ℃ устанавливается в соответствии с требованиями для устройств нового поколения, чтобы выдерживать повышенные температурные характеристики.
.
В таблице 3 показан хороший пример условий испытаний для IGBT RBN40h225S1FPQ, который рассчитан на выдержку 175 ℃ при работе при высоких температурах корпуса.

Чтобы гарантировать эффективную работу при Tjmax = 175 ℃, были улучшены многие параметры стандартного теста на консистентность при 150 ℃ и проведена эксплуатационная проверка.

При этом полигоны варьируются в зависимости от характеристик устройства.

Убедитесь, что вы проверили данные надежности, относящиеся к устройству, которое вы можете применять, для получения дополнительной информации.

Также помните, что значение Tjmax — это не просто ограничение для постоянной работы, а также спецификация для регулирования, которое не должно превышаться ни на мгновение.

Необходимо строго учитывать безопасность от высоких температур, даже на короткое время для IGBT, во время включения / выключения.

Убедитесь, что вы работаете с IGBT в среде, которая никоим образом не превышает максимальную температуру аварийного отключения Tj = 175 ℃.

Потери IGBT

Потеря проводимости: При подаче питания на индуктивную нагрузку через IGBT понесенные потери в основном делятся на потери проводимости и потери переключения.

Потери, возникающие при полном включении IGBT, называются потерями проводимости, в то время как потери, возникающие во время переключения IGBT из ВКЛ в ВЫКЛ или из ВЫКЛ в ВКЛ, известны как потери при переключении.

В связи с тем, что потери зависят от реализации напряжения и тока, как показано в приведенной ниже формуле, потери возникают в результате воздействия напряжения насыщения коллектор-эмиттер VCE (sat), даже когда устройство работает.

VCE (sat) должен быть минимальным, поскольку потери могут вызвать тепловыделение внутри IGBT.
Потери (P) = напряжение (В) × ток (I)
Потери при включении: P (включить) = VCE (sat) × IC

Потеря переключения: Поскольку потери IGBT может быть сложно оценить с использованием времени переключения, справочные таблицы включены в соответствующие таблицы, чтобы помочь разработчикам схем определить потери при переключении.

На рисунке 24 ниже показаны характеристики потерь при переключении для IGBT RBN40h225S1FPQ.

Коэффициенты Eon и Eoff в значительной степени зависят от тока коллектора, сопротивления затвора и рабочей температуры.

Eon (потеря энергии при включении)

Объем потерь, возникающих в процессе включения IGBT для индуктивной нагрузки, наряду с потерями восстановления при обратном восстановлении диода.

Eon рассчитывается с момента, когда напряжение затвора подается на IGBT и ток коллектора начинает течь, до момента времени, когда IGBT полностью переходит в состояние включения.

Eoff (потеря энергии при выключении

Это величина потерь, возникающих в течение периода отключения для индуктивных нагрузок, которая включает в себя хвостовой ток.

Eoff измеряется от точки, где ток затвора только что отключен, а напряжение коллектор-эмиттер начинает расти, до момента, когда IGBT достигает полностью выключенного состояния.

Резюме

Устройство на биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGTB) представляет собой тип трехконтактного силового полупроводникового устройства, которое в основном используется в качестве электронного переключателя и также известно тем, что обеспечивает сочетание чрезвычайно быстрого переключения и высокой эффективности в более новых устройствах.

БТИЗ для сильноточных приложений

Ряд современных приборов, таких как VFD (Vaiable Frequency Drives), VSF (холодильники с регулируемой скоростью), поезда, стереосистемы с переключающими усилителями, электромобили и кондиционеры, используют биполярный транзистор с изолированным затвором для переключения электроэнергии.

Символ режима истощения IGBT

В случае, если в усилителях используется биполярный транзистор с изолированным затвором, часто синтезируются формы сигналов, которые являются сложными по своей природе, наряду с фильтрами нижних частот и широтно-импульсной модуляцией, поскольку биполярные транзисторы с изолированным затвором в основном предназначены для быстрого и быстрого включения и выключения.

Частота повторения импульсов хвастается современными устройствами, которые состоят из приложения переключения и хорошо укладываются в ультразвуковой диапазон, т.е. частоты, которые в десять раз выше, чем самая высокая звуковая частота, обрабатываемая устройством, когда устройства используются в форме аналоговый аудиоусилитель.

Полевые МОП-транзисторы, состоящие из сильноточных и обладающих характеристиками простого привода затвора, объединены с биполярными транзисторами, которые имеют низкую емкость насыщения по IGTB.

IGBT представляют собой комбинацию BJT и Mosfet

Одно устройство создается IGBT путем объединения биполярного силового транзистора, который действует как переключатель, и изолированного полевого транзистора с затвором, который действует как управляющий вход.

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGTB) в основном используется в приложениях, которые состоят из нескольких устройств, которые размещаются параллельно друг другу и в большинстве случаев имеют способность выдерживать очень высокие токи, которые находятся в диапазоне сотен ампер вместе с блокирующее напряжение 6000 В, которое, в свою очередь, равно сотням киловатт, используют среднюю и высокую мощность, такую ​​как индукционный нагрев, импульсные источники питания и управление тяговым двигателем. Биполярные транзисторы с изолированным затвором большого размера.

IGBT — самые совершенные транзисторы

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGTB) — новое и недавнее изобретение того времени.

Было обнаружено, что устройства первого поколения, которые были изобретены и выпущены в 1980-х и в начале 1990-х, имеют относительно медленный процесс переключения и склонны к сбоям в различных режимах, таких как фиксация (когда устройство будет продолжать включаться, а не включаться). выключено до тех пор, пока ток не будет продолжать течь через устройство), и вторичный пробой (когда, когда через устройство протекает большой ток, локализованная горячая точка, присутствующая в устройстве, переходит в тепловой разгон и, как следствие, сгорает устройство).

Было отмечено большое улучшение устройств второго поколения и самых новых устройств на блоке, устройства третьего поколения считаются даже лучше, чем устройства первого поколения.

Новые МОП-транзисторы конкурируют с IGBT

Устройства третьего поколения состоят из полевых МОП-транзисторов, которые не уступают по быстродействию, а также обладают отличным уровнем устойчивости и прочности.

Устройства второго и третьего поколения имеют чрезвычайно высокую мощность импульсов, что делает их очень полезными для генерации импульсов большой мощности в различных областях, таких как физика плазмы и частицы.

Таким образом, устройства второго и третьего поколения вытеснили в основном все старые устройства, такие как искровые разрядники и тиратроны, используемые в этих областях физики плазмы и частиц.

Эти устройства также привлекают любителей высокого напряжения из-за их свойств высокой мощности импульсов и доступности на рынке по низким ценам.

Это позволяет любителю управлять огромным количеством энергии, чтобы управлять такими устройствами, как резинки и катушки Тесла.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором доступны в доступном ценовом диапазоне и, таким образом, играют важную роль в создании гибридных автомобилей и электромобилей.

Учтивость: Renesas

Что такое биполярный транзистор с изолированным затвором?

На самом простом уровне биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) — это переключатель, используемый для обеспечения притока энергии, когда он включен, и для остановки потока энергии, когда он выключен. IGBT — это твердотельное устройство, то есть оно не имеет движущихся частей. Вместо того, чтобы открывать и закрывать физическое соединение, оно работает, прикладывая напряжение к полупроводниковому компоненту, называемому базой, который меняет свои свойства, чтобы создать или заблокировать электрический путь.

Самым очевидным преимуществом этой технологии является отсутствие движущихся частей. Твердотельные технологии не совершенны. Все еще существуют проблемы с электрическим сопротивлением, требованиями к питанию и даже временем, необходимым для работы коммутатора.

Биполярный транзистор с изолированным затвором — это усовершенствованный тип транзистора, разработанный для минимизации некоторых недостатков обычного твердотельного транзистора. Он предлагает низкое сопротивление и быструю скорость при включении, найденном в мощных полевых транзисторах металл-оксид-полупроводник (MOSFET), хотя его выключение немного медленнее. Это также не требует постоянного источника напряжения, как это делают другие типы транзисторов.

Когда IGBT включен, напряжение подается на затвор. Это формирует канал для электрического тока. Базовый ток затем подается и протекает через канал. Это по сути идентично тому, как работает MOSFET. Исключением является то, что конструкция биполярного транзистора с изолированным затвором влияет на то, как отключается цепь.

Биполярный транзистор с изолированным затвором имеет другую подложку или материал основы, чем полевой МОП-транзистор. Подложка обеспечивает путь к заземлению. МОП-транзистор имеет подложку N +, а подложка IGBT — P + с буфером N + сверху.

Эта конструкция влияет на способ выключения выключателя в IGBT, позволяя ему происходить в два этапа. Во-первых, ток падает очень быстро. Во-вторых, возникает эффект, называемый рекомбинацией, во время которого буфер N + в верхней части подложки устраняет накопленный электрический заряд. Выключение происходит в два этапа, это занимает немного больше времени, чем с MOSFET.

Их свойства позволяют изготавливать IGBT меньше, чем обычные MOSFET. Стандартный биполярный транзистор требует немного большей площади поверхности полупроводника, чем IGBT; МОП-транзистор требует более чем в два раза больше. Это значительно снижает стоимость производства IGBT и позволяет интегрировать большее их количество в один чип. Потребность в мощности для работы биполярного транзистора с изолированным затвором также ниже, чем в других приложениях.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

TRENCHSTOP 5 — новая технология быстродействующих IGBT

Технология TRENCHSTOP 5

Эта технология представляет собой оптимизацию концепции TRENCHSTOP, объединяющей Trench-затвор и Field-Stop структуры. Чтобы свести к минимуму общие потери в ключе, толщина кристалла была уменьшена до 50 мкм, а профиль распределения носителей заряда оптимизирован для снижения их концентрации в области дрейфа при выключении. Эти меры позволили значительно сократить статические потери во включенном состоянии (VCE(sat)) и коммутационные потери при выключении (Eoff). Несмотря на то, что кристалл стал тоньше, рабочее напряжение удалось повысить до 650 В — на 50 В по сравнению с предыдущим поколением IGBT. Кроме того, благодаря новой «полосковой» (stripe) структуре транзисторных ячеек заряд затвора (Qg) стал меньше, а плотность тока возросла.

Перечисленные инновации привели к созданию IGBT с наивысшим уровнем эффективности и самыми низкими статическими потерями во включенном состоянии (VCE(sat)) и динамическими потерями в момент коммутации (Ets).

TRENCHSTOP 5 — название базовой технологии, на основе которой созданы два семейства приборов, изначально предназначавшихся для удовлетворения требований различных приложений и пожеланий разработчиков. Эти приборы выпускаются в двух вариантах — HighSpeed5 (H5) и HighSpeed5 Fast (F5). Семейство H5 характеризуется оптимизированной конструкцией Field-Stop структур и призвано стать дополнением семейства HighSpeed3 IGBT; оно предоставляет возможность замены транзисторов IGBT по принципу plug-and-play и не требует особых изменений конструкции платы. Эти транзисторы обеспечивают плавное нарастание напряжения при выключении в режиме жесткой коммутации даже при низких значениях сопротивления резистора в цепи затвора (Rg) и очень высокой скорости изменения тока (di/dt).

Семейство F5 отличается также улучшенными рабочими характеристиками. Его применение позволяет достичь более высокой эффективности, однако чтобы реализовать эти преимущества, требуется больше усилий при разработке. Каскад драйвера должен иметь отдельные резисторы в цепи затвора для включения (Rg,on) и выключения (Rg,off), повышения КПД и контроля выбросов напряжения при выключении. Это семейство лучше всего подходит для применения в преобразователях с печатными платами с минимизированной паразитной индуктивностью в цепи коммутации с учетом паразитной индуктивности корпуса транзистора, а также в сочетании с антипараллельными карбид-кремниевыми (SiC) диодами.

 

Сравнение с технологией Infineon HighSpeed3

Семейства приборов на основе технологии TRENCHSTOP 5 по сравнению с HighSpeed3 (HS3) имеют существенно улучшенные статические и динамические характеристики:

  • Увеличение блокирующего напряжения на 50 В позволяет увеличить напряжение на шине питания без ущерба для надежности. Кроме того, повышена стойкость приборов к космической радиации с учетом требований солнечной энергетики.
  • Сокращение статических потерь в открытом состоянии (VCE(sat), на 250 мВ) и коммутационных потерь на включении/выключении (Eon и Eoff, вдвое) обеспечивает максимально эффективное высокоскоростное переключение среди всех существующих транзисторов IGBT.
  • Значительное уменьшение емкостей Coss, Cres позволяет увеличить КПД преобразователя в режиме малых нагрузок.
  • Снижение на 50% заряда затвора (Qg) позволяет использовать ИС драйверов с пониженным энергопотреблением без ухудшения рабочих характеристик, что, в свою очередь, позволяет уменьшить стоимость системы в целом.

Небольшой положительный температурный коэффициент статических и динамических потерь означает, что при повышенных температурах на кристалле КПД преобразователя существенно не меняется, а также не встает вопрос температурной несимметрии токов при параллельном подключении.

В семействе TRENCHSTOP 5 в качестве встречно-параллельного диода (Free-Wheeling Diode, FWD) используется новый ультрабыстрый диод, который обеспечивает время обратного восстановления (trr), равное 50 нс, и температурную стабильность прямого напряжения (VF), что гарантирует минимальные потери при включении IGBT и оптимальный общий КПД.

 

Динамические характеристики

Описывая новую технологию, важно объяснить, как можно управлять характеристиками переключения при помощи резистора в цепи затвора. На рис. 1а приведена зависимость потерь при выключении от сопротивления Rg в стандартной двухимпульсной испытательной схеме с паразитной индуктивностью в цепи коммутации 45 нГн. Графики Eoff для приборов H5 и F5 располагаются значительно ниже, чем для традиционных быстродействующих IGBT: примерно в той же области, что и для MOSFET с технологией суперперехода при низком значении Rg = 5 Ом.

Рис. 1. Зависимость потерь при выключении от сопротивления затвора:
а) потери энергии при выключении;
б) выбросы напряжения

На рис. 1б показана зависимость напряжения коллектор–эмиттер от сопротивления Rg при выключении. График, наглядно иллюстрирующий различия между H5 и F5, обосновывает необходимость существования обоих семейств в рамках одной технологии. Семейство H5 демонстрирует плавную характеристику переключения, при этом выбросы напряжения имеют тот же порядок, что и у приборов HighSpeed3. В то же время семейство F5 характеризуется более высокими выбросами напряжения при выключении, но при этом и более высокой эффективностью. Типичная форма сигнала показана на рис. 2: прибор F5 демонстрирует гораздо более быстрый спад тока при выключении, что неизбежно приводит к значительным выбросам напряжения (Ldi/dt).

Рис. 2. Сравнение типичной формы сигнала при выключении для семейств H5 и F5

На рис. 3 показана связь между потерями при включении (Eon) и сопротивлением затвора при включении (Rg,on) для семейств F5 и H5. Как видно на рисунке, транзисторы TRENCHSTOP 5 по многим характеристикам аналогичны эквивалентным по параметрам MOSFET с суперпереходом, при этом потери TRENCHSTOP 5 значительно ниже, чем у транзисторов IGBT предыдущего поколения. Кроме того, можно сделать вывод, что характеристиками включения F5 и H5 можно управлять, меняя сопротивление затвора Rg,on в широком диапазоне.

Рис. 3. Потери энергии при включении в зависимости от сопротивления затвора Rg,on

Учитывая данные, приведенные на рис. 3–5, можно сделать следующие выводы:

  • Разработчикам необходимы оба семейства IGBT, одно из которых отличается простотой использования (H5), другое — высоким быстродействием и высокой эффективностью (F5), однако оно предъявляет повышенные требования к индуктивности в цепи коммутации.
  • Выбросами напряжения и коммутационными потерями можно управлять.
  • Потерями при включении можно управлять, они эквивалентны потерям в MOSFET с суперпереходом.
  • В конечном счете существует определенный баланс между потерями на переключение и выбросами напряжения. Чтобы ограничить выбросы напряжения, для управления приборами семейства F5 необходимо использовать более высокоомные резисторы в цепи затвора, чем для семейства H5.
  • Семейство F5 имеет наивысшую эффективность благодаря более высокой скорости изменения тока di/dt и рекомендуется для схем преобразователей с низкой индуктивностью в цепи коммутации и для использования в комбинации с SiC-диодами.

Семейство H5 допускает управление при снижении сопротивления резистора в цепи затвора вплоть до 5 Ом благодаря более мягкому по сравнению с F5 выключению.

 

Анализ применения

Для оценки характеристик приборов семейства H5 при работе в реальных устройствах преобразовательной техники измеренные значения сравнивались с результатами измерения эквивалентных ключей семейства HighSpeed3 в аналогичных условиях.

Учитывая резкий рост КПД, который приборы семейства H5 продемонстрировали при испытании устройств, разработчики должны сделать принципиальный выбор, ответив на два главных вопроса:

  1. Необходимо ли, например, в современных фотоэлектрических преобразователях поддерживать традиционную частоту коммутации 20 кГц, что позволяет достичь максимального КПД, возможного при применении технологии TRENCHSTOP 5?
  2. Или лучше повысить частоту коммутации, сохранив при этом КПД преобразователя на уровне HighSpeed3 либо сохранив температуру корпуса, но при этом сконцентрироваться на снижении стоимости системы за счет уменьшения размеров пассивных компонентов?

Для получения информации, которая поможет ответить на эти вопросы, проводился очень простой тест при следующих условиях: прямоугольный импульс — 20 А, длительность рабочего цикла — 50%, максимальная температура перехода — +100 °C. Эти данные необходимы, чтобы продемонстрировать снижение потерь в приборах H5 по сравнению с приборами Infineon HighSpeed3 в зависимости от частоты переключения. Результаты этого простого теста в виде зависимости общих потерь в IGBT от частоты переключения показаны на рис. 4.

Рис. 4. Зависимость Ptot от частоты переключения

Что касается ответа на первый вопрос, отметим, что при частоте коммутации 20 кГц общие потери в пересчете на один транзистор IGBT снижаются с 32,8 Вт (HighSpeed3) до 25,04 Вт (H5). Таким образом, только за счет внедрения нового семейства H5 (не меняя схему драйвера или разводку печатной платы) потери мощности удается снизить более чем на 23%. Кроме того, при замене прибора IKW40N65H5, вместе с которым в качестве защитного FWD-диода используется ультрабыстрый кремниевый диод семейства Rapid, на IGW40N65H5 в комбинации с SiC-диодом Infineon второго поколения удается дополнительно снизить потери на 11%.

Применение приборов H5 обеспечивает снижение потерь в IGBT, а следовательно, повышение КПД преобразования. Уделяя особое внимание повышению КПД, разработчики смогут дифференцировать свои приложения, реализовать в них дополнительные преимущества и в итоге увеличить рыночную цену конечной продукции.

Теперь рассмотрим второй вопрос и обсудим влияние частоты коммутации на потери.

Сначала оценим, можно ли сохранить уровень коммутационных потерь, если вместо приборов HighSpeed3 использовать H5. В условиях описанного выше простого теста, результаты которого приведены на рис. 4, при переходе от HighSpeed3 к H5 частоту коммутации удалось увеличить более чем на 42%, до 35 кГц. При использовании прибора H5 в комбинации с карбид-кремниевым диодом частота переключения выросла еще больше — на 28%, до 48 кГц.

Возможность повышения частоты при сохранении температурных характеристик дает преимущества с точки зрения стоимости и надежности конечных устройств. Эти преимущества можно реализовать, применяя более миниатюрные и легкие магнитные компоненты и сокращая или даже исключая использование электролитических конденсаторов. И хотя повышение частоты переключения усложняет разработку, оно обеспечивает очевидную выгоду в таких устройствах, как фотоэлектрические преобразователи и ИБП, где стоимость пассивных компонентов является основной статьей расходов.

Вернемся к результатам исследования зависимости температуры перехода от частоты переключения, исходя из предположения, что для введения запаса по температуре кристалла у любого силового прибора, например на уровне 80% от максимальной температуры (Tjmax), можно определить максимально допустимые потери в расчете на один прибор. Рассмотрим практический пример, чтобы продемонстрировать рабочие характеристики H5: предположим, что согласно спецификации максимальная температура перехода равна +100 °C.

Принимая во внимание уже упомянутые условия испытаний (прямоугольный импульс 20 А, длительность рабочего цикла 50%), для прибора с номинальным током 40 А в стандартном корпусе TO‑247 максимальные потери могут составить 40 Вт. При 40 Вт максимальная рабочая частота транзисторов HighSpeed3, соответствующая максимальной температуре перехода 100 °C, составляет 28 кГц. Для новых приборов H5, однако, частоту коммутации можно повысить до 50 кГц, то есть примерно на 50%, притом что температура перехода останется неизменной. Таким образом, при сохранении температуры кристалла (а температура кристалла определяет надежность прибора на протяжении всего срока службы) частоту коммутации можно значительно повысить. Конечно, как и в жизни, здесь существуют компромиссы, и на частоте выше 33 кГц (как показывает простой расчет) КПД может оказаться ниже, чем у приборов HighSpeed3 на частоте 20 кГц. Главное достоинство технологии TRENCHSTOP 5 состоит в том, что она предоставляет разработчику свободу выбора при оптимизации схемы в соответствии с требованиями спецификации.

На рис. 5 в качестве примера приведены результаты измерений для топологии HERIC, полученные в Фраунгоферовском институте солнечных энергосистем (Institute for Solar Energy systems, ISE). IGBT семейства H5 позволяет утроить частоту коммутации — с 16 до 48 кГц — по сравнению с аналогичным транзистором HighSpeed3 при сохранении КПД преобразования во всем диапазоне нагрузок. И наоборот, при сохранении частоты коммутации на уровне 16 кГц прибор H5 обеспечивает повышение общего КПД системы.

Рис. 5. Эффективность топологии HERIC при различных частотах переключения

Необходима четкая стратегия разработки, чтобы полностью раскрыть преимущества IGBT-транзисторов TRENCHSTOP 5. Дальнейшего повышения КПД можно достичь, используя в качестве антипараллельного диода карбид-кремниевый диод или IGBT семейства F5. Те компании, которые способны успешно управлять стратегией разработки, смогут предложить заказчикам разные системы и увеличить свою долю на рынке.

 

Выводы

Испытания приборов в реальных устройствах подтверждают, что технология TRENCHTOP 5 устанавливает новые стандарты для IGBT-ключей с частотой выше 16 кГц. Благодаря максимальной оптимизации профиля распределения носителей заряда, дальнейшему усовершенствованию компанией Infineon технологии изготовления тонких полупроводниковых пластин, значительному снижению потерь при включении и выключении в условиях жесткой коммутации, а также низкому напряжению VCE(sat), транзисторы IGBT позволяют добиться КПД фотоэлектрического преобразователя свыше 98%. Более того, они имеют тот же уровень выбросов напряжения и электромагнитных помех, что и хорошо известные приборы HighSpeed 3‑го поколения.

Приборы семейства H5 с ультрабыстрыми кремниевыми диодами семейства Rapid в качестве антипараллельного диода помогают создавать простые в использовании решения для таких высокопроизводительных промышленных устройств, как фотогальванические преобразователи, источники бесперебойного питания и сварочные аппараты. Приборы H5 в комбинации с карбид-кремниевым диодом отличаются более высокой эффективностью, а приборы F5 обеспечивают дополнительную оптимизацию.

IGBT, созданные на основе технологии TRENCHSTOP 5, имеют усовершенствованные рабочие характеристики. Теперь дело за разработчиками, задача которых — полностью реализовать открывающиеся возможности.

Литература
  1. Kimmer  T., Griebl E. TRENCHSTOP 5: A new application specific IGBT series. PCIM Europe 2012. Nuremberg, Germany.
  2. Chiola  D., Hüsken  H., Kimmer  T.  High Speed IGBT with MOSFET-like switching behavior. PCIM China 2010.
  3. Laska  T., Münzer  M., Pfirsch  F., et al. The Field Stop IGBT (FS IGBT) — A New Power Device Concept with a Great Improvement Potential. ISPSD. May 22–25, 2000. Toulouse, France.

IGBT: часто задаваемые вопросы (FAQ)

Что такое IGBT?

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) представляет собой силовой полупроводниковый прибор с тремя выводами, который обычно используется в качестве электронного переключателя в широком диапазоне приложений. БТИЗ сочетает в себе простые характеристики управления затвором полевого МОП-транзистора с большими токами и низким напряжением насыщения биполярного транзистора в одном устройстве. Несмотря на то, что технические описания БТИЗ и примечания по применению от производителей содержат множество полезной информации, навигация по этому содержимому может занять много времени, особенно у проектировщиков схем, плохо знакомых с БТИЗ. На рис. 1 показано поперечное сечение, эквивалентная схема и условное обозначение IGBT.

Рис. 1. Поперечное сечение, схема замещения и условное обозначение IGBT.

 

Каковы различия (если они есть) в требованиях к затвору IGBT по сравнению с MOSFET аналогичной мощности?

В общем, требования к затвору IGBT очень похожи на требования для сопоставимого напряжения и номинальной мощности по току MOSFET. Это следует из того, что оба этих устройства имеют затворную структуру типа МОП (металл-оксид-полупроводник).Однако есть несколько ключевых различий в требованиях к приводу затвора, как указано ниже:

·     БТИЗ обычно имеют более высокое пороговое напряжение затвор-эмиттер по сравнению с МОП-транзисторами. Кроме того, при повышенных температурах требуется более высокое напряжение затвор-эмиттер, чтобы устройство оставалось в состоянии насыщения при заданном токе коллектора. По обеим этим причинам применяемое в IGBT напряжение V GE (напряжение затвор-эмиттер) должно быть не менее 14 В (предпочтительно 15 В). В случае полевых МОП-транзисторов с аналогичным номиналом приложенного напряжения 10 В (напряжение затвор-исток) V GS обычно достаточно для обеспечения насыщения по температуре и току.

·     Поскольку емкость затвор-эмиттер IGBT аналогичного номинала обычно ниже, чем у полевого МОП-транзистора аналогичного номинала, значение последовательного резистора включения затвора часто предпочтительнее, чтобы оно было выше, чем у МОП-транзистора (часто вдвое, или еще выше). Это помогает ограничить dv/dt при включении и, таким образом, свести к минимуму вероятность звона и возникающих в результате электромагнитных помех.

Можно ли подключить несколько IGBT параллельно? Каковы основные меры предосторожности в этом случае?

Многие современные IGBT, такие как новые IGBT Renesas G7H, имеют положительный V CE(SAT) по сравнению сзависимости температуры перехода в диапазоне их номинального тока. Таким образом, эти IGBT обычно можно использовать параллельно, если принять несколько основных мер предосторожности:

·     Устройства должны быть установлены на общий радиатор/медную подложку

·     Симметричная компоновка затвор-эмиттер (длины контура затвор-эмиттер одинаковы для всех параллельно включенных IGBT)

·     Согласующий и индивидуальный резистор от 2 до 4 Ом последовательно подключается к затвору каждого устройства, чтобы свести к минимуму возможность потенциальных колебаний напряжения затвора в одном устройстве, соединенном с другим устройством, включенным параллельно.

·     Драйвер затвора имеет достаточную мощность с точки зрения возможности получения и приема тока, чтобы обеспечить высокую скорость переключения. Например, если есть четыре параллельных IGBT, каждый с Q G (общий заряд затвора

) 100 нКл, а время включения должно быть в пределах, скажем, 100 нс, тогда минимальный допустимый ток источника схемы управления затвором должен быть не менее:

·     Ig_driver_sourcing = (4 x 100 нКл)/100 нс = 4 А (пик)

·     Несмотря на то, что ток втекания также должен быть высоким, он относительно меньше влияет на время выключения (влияет на время нарастания напряжения, но в меньшей степени на время падения тока).

·     Обычно рекомендуется параллельное соединение устройств из одной партии пластин (один и тот же код партии), чтобы обеспечить минимальную вариацию ключевых параметров порогового напряжения затвор-эмиттер и V CE(SAT) .

·     В случае возникновения вопросов всегда лучше обратиться за консультацией к производителю IGBT.

Можно ли использовать IGBT в режиме синхронного выпрямителя?

Нет. IGBT не может проводить ток в обратном направлении (от эмиттера к коллектору) даже при подаче на него положительного Vge, поскольку он имеет структуру биполярного типа.Это отличается от мощного полевого МОП-транзистора, который является однополярным устройством и, следовательно, может проводить двунаправленный ток в любом направлении (сток-исток или исток-сток), если применяется Vgs > Vgsth?. Кроме того, силовые полевые МОП-транзисторы почти всегда имеют собственный диод, встроенный в их структуру от истока до стока, что обеспечивает естественный путь для обратного тока. БТИЗ обычно не имеют такого внутреннего диода, встроенного в их структуру (исключением являются так называемые БТИЗ с обратной проводимостью, которые включают N+ областей на коллекторе для эффективного создания PN-диода от эмиттера к коллектору).Поэтому в большинстве приложений, где нагрузка носит индуктивный характер и требуется проводить ток в обратном направлении (от эмиттера к коллектору), диод с быстрым восстановлением подключается встречно-параллельно с IGBT (с его анодом на выходе). эмиттер и катод на коллекторе). Это гарантирует наличие пути для обратного тока. Однако затвор не может контролировать этот обратный поток тока; это позволяет просто прямое смещение диода.

Требуется ли для IGBT отрицательное напряжение на затворе, чтобы обеспечить выключение или удержание устройства в выключенном состоянии?

Современные траншейные IGBT-транзисторы с запорным затвором обладают отличной помехозащищенностью (с точки зрения способности выдерживать высокие значения dv/dt на коллекторе) и хорошо работают с управляющими сигналами затвора от 0 до +15 В (V GE = 0 В обеспечивает выключение и удержание устройства).Кроме того, многие современные драйверы затворов имеют относительно низкий выходной импеданс и помогают плотно привязать затвор к эмиттеру, когда устройство находится в выключенном состоянии. В результате во многих приложениях, таких как приводы электродвигателей бытовых электроприводов, практически не требуется приложения отрицательного напряжения затвор-эмиттер для выключения или удержания IGBT. Однако в некоторых промышленных приложениях, где окружающая среда является относительно более шумной, может возникнуть необходимость в обеспечении отрицательного напряжения затвор-эмиттер (например, применяемое напряжение V GE составляет от -5 до +15 В).Это помогает обеспечить более высокий уровень устойчивости устройства к dv/dt. Отрицательное приложенное напряжение затвор-эмиттер также помогает относительно быстрее разрядить емкость затвор-коллектор при выключении. Это помогает в определенной степени снизить потери при переключении при выключении.

Что такое «хвостовой ток» по отношению к IGBT?

В IGBT существует конечное время, необходимое для рекомбинации неосновных носителей в дрейфовой области даже после того, как приложенное Vge уменьшилось ниже порога выключения.Это особенно заметно в БТИЗ предыдущего поколения (например, с планарным сквозным затвором). Это дополнительное время, необходимое для процесса рекомбинации, приводит к так называемому «хвостовому току», который можно увидеть на осциллографе формы кривой тока при выключении. Напротив, траншейные IGBT-транзисторы G7H последнего поколения компании Renesas Electronics с высокой проводимостью имеют очень минимальный выходной ток, что обеспечивает гораздо меньшие потери при выключении, как видно из этого примера формы волны на рис.2.

Рис. 2. Траншейные IGBT-транзисторы G7H поколения Renesas Electronics с высокой проводимостью имеют очень минимальный выходной ток, что обеспечивает гораздо меньшие потери при выключении, как показано на этой кривой.

Способен ли IGBT выдерживать обратное напряжение?

Это зависит от типа IGBT. NPT (непробиваемые) IGBT могут быть спроектированы так, чтобы выдерживать и блокировать напряжения прямой и обратной полярности (коллектор положительный или отрицательный по отношению к эмиттеру).Эти БТИЗ также иногда называют БТИЗ симметричного или RB-типа (обратная блокировка). В то время как NPT IGBT способны к очень быстрому времени выключения, они страдают от относительно более высокого падения напряжения насыщения. Это ограничивает их пригодность для устройств со сравнительно более высоким номинальным напряжением (номинальное напряжение > 1200 В). В настоящее время наиболее часто используемые IGBT в диапазоне от 600 до 1200 В, как правило, относятся к типу пробивных (PT), истощения или запирания поля (DS или FS). Однако эти типы IGBT, как правило, лучше всего подходят и рассчитаны на то, чтобы выдерживать и блокировать напряжение только от коллектора к эмиттеру (от плюса коллектора к эмиттеру).Такие БТИЗ также называют БТИЗ асимметричного типа. Как правило, такие IGBT имеют ограниченную способность выдерживать обратное напряжение (эмиттер положителен по отношению к коллектору) (обычно в пределах нескольких десятков вольт). Кроме того, для этих типов IGBT в технических характеристиках не указана способность выдерживать обратное напряжение. В результате в любом приложении, где требуется коммутация тока нагрузки (например, в большинстве инверторов, управляющих индуктивными нагрузками), должен быть диод с обратным подключением на IGBT. Это гарантирует, что IGBT не должен выдерживать никакого обратного напряжения, за исключением очень короткого времени (несколько нс) с момента подачи обратного напряжения до момента, когда диод смещается в прямом направлении и проводит обратный ток.

Что означает IGBT? Бесплатный словарь

В 2015 году Fuji Electric выпустила модули IGBT серии X 7-го поколения с выдерживаемым напряжением 650 В и 1200 В, которые способствуют энергосбережению и стабильному электроснабжению широкого спектра оборудования и объектов, включая инверторы для управления кондиционерами. и двигатели, ИБП и ПК. Ожидается, что рост электромобилей приведет к увеличению выходной стоимости биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) до 5 долларов США.2 миллиарда в 2021 году, согласно отчету Исследовательского института топологии. такие как безмостовая коррекция коэффициента мощности (PFC) на основе тотемного столба и инверторы. Стадия свободного хода (этап D): с начала этого интервала главный выключатель [S.sub.2] находится в выключенном состоянии, а вспомогательный IGBT [S .под.б] еще проводит. Предварительные ключи перед выходными каскадами должны быть достаточно мощными, чтобы быстро заполнить затворы IGBT-транзисторов выходного каскада СУЗ. К сожалению, в процессе его работы на инвертор могут повлиять различные сбои, особенно в с точки зрения его так называемых силовых компонентов (IGBT в нашем примере) из-за их хрупкости. В последние годы для продуктов (RC-IGBT) требуется повышение производительности в процессе имплантации ионов с низким ускорением и высокой концентрацией * 1 что IGBT и диод интегрированы в одну микросхему, чтобы уменьшить потери мощности привода, увеличить скорость переключения, улучшить характеристики и уменьшить размер модуля.Коммутационные потери Si IGBT определяются выражением (13), где [E I,on] и [E I,off] — потери энергии соответственно при его включении и выключении, и [f.sub.s] — частота переключения. Чтобы работать как привод с регулируемой скоростью, ECU регулирует рабочий цикл IGBT для изменения постоянного тока в цепи, чтобы дополнительно контролировать электромагнитный крутящий момент и мощность. скорость WTPMC.

Что такое IGBT? Полная форма, распиновка, значение, символ и работа

Привет, ребята! Надеюсь ты в порядке.Сегодня в этом посте мы расскажем, что такое IGBT? Мы также обсудим полную форму IGBT, распиновку, значение, символ и работу.

BJT (биполярный переходной транзистор) и MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) — широко используемые электронные переключатели, которые мы уже подробно изучили. Эти устройства полезны, когда вы имеете дело со слаботочными приложениями, однако, когда дело доходит до сильноточных приложений, эти устройства не работают должным образом. Здесь на помощь приходит IGBT-транзистор.Это устройство представляет собой комбинацию BJT и MOSFET и подходит для сильноточных приложений.

В этом посте мы подробно расскажем, что такое IGBT.

Начнем.

1. Что такое IGBT?

IGBT — трехконтактный прибор, изготовленный из полупроводникового материала и используемый для быстрых переключений. Он поставляется с входными характеристиками MOSFET и выходными характеристиками BJT.

Полная форма IGBT

IGBT означает биполярный транзистор с изолированным затвором.

Символ IGBT

На следующем рисунке показан символ IGBT.

По символу видно, что IGBT представляет собой комбинацию MOSFET и BJT.

Схема контактов IGBT

На следующем рисунке показана схема контактов IGBT.

IGBT Значение

Биполярный транзистор с изолированным затвором поставляется с изолированным затвором от MOSFET на входе и обычным биполярным транзистором на выходе.

Выводы эмиттера и коллектора представляют собой токопроводящие выводы IGBT. В то время как клемма ворот на входе является клеммой управления. Проводимость контролируется клеммой затвора.

Биполярный транзистор с изолированным затвором имеет номинальные значения тока и напряжения, аналогичные характеристикам биполярных транзисторов… когда IGBT используется в качестве переключателя со статическим управлением.

Но что делает IGBT более простым устройством по сравнению с BJT, так это включение изолированного вывода затвора от MOSFET.IGBT потребляет меньше энергии при наличии изолированного вывода затвора.

2. Работа IGBT
  • Подобно MOSFET, IGBT является устройством, управляемым напряжением, что означает, что для запуска процесса проводимости требуется лишь небольшое напряжение на выводе затвора. IGBT может переключать ток с коллектора на вывод эмиттера, что означает, что он может переключаться только в прямом направлении.
  • На следующем рисунке показана схема переключения IGBT. В этом случае на клемму затвора подается небольшое напряжение, что приводит к переключению двигателя с плюса.Резистор включен для контроля тока, проходящего через двигатель.
  • На приведенном ниже графике показаны входные характеристики IGBT. Это график между напряжением, приложенным к клемме затвора, и током, проходящим через клемму коллектора.

  • Через IGBT не будет протекать ток, если на вывод затвора не подается напряжение. При этом транзистор останется выключенным. Однако, когда на клемму затвора подается напряжение, ток некоторое время остается нулевым.Когда напряжение превысит пороговое напряжение, устройство начнет проводить ток, и ток будет течь от коллектора к выводу эмиттера.
  • На приведенном ниже графике показаны выходные характеристики IGBT. Это график зависимости напряжения на клеммах коллектора и эмиттера от тока, проходящего через клемму коллектора.

  • Этот граф содержит три этапа. Первая — это область отсечки, когда на клемму затвора не подается напряжение. На этом этапе транзистор останется выключенным, и через транзистор не будет протекать ток.
  • Когда напряжение на клемме затвора увеличивается и остается ниже порогового напряжения, через устройство будет протекать небольшой ток утечки, но устройство останется в зоне отсечки.
  • Однако, когда приложенное напряжение на выводе затвора превышает пороговое напряжение, устройство переместится в активную область, и в этом случае значительный ток будет протекать от коллектора к выводу эмиттера.
  • На этом этапе приложенное напряжение и результирующий ток будут прямо пропорциональны друг другу.Большее напряжение приведет к большему току на выводе коллектора.

3. Модули IGBT

IGBT используются в ряде электронных коммутационных приложений, где и BJT, и MOSFET не дают желаемых результатов в сильноточных приложениях. Эта гибридная комбинация двух транзисторов имеет управляемые напряжением характеристики, такие как MOSFET, и характеристики проводимости и переключения, такие как BJT.

Устройства IGBT делятся на два основных типа.

  1. Непробиваемый сквозной IGBT [NPT-IGBT]
  2. Пробойник [PT-IGBT]

Давайте обсудим их один за другим.

1. БТИЗ без пробивки [NPT-IGBT]

  • Эти БТИЗ также называются симметричными устройствами. IGBT-транзисторы с буферным слоем n+ называются Punch Through-IGBT (PT-IGBT)
  • .
  • Они называются симметричными устройствами, потому что в этом случае и обратное, и прямое напряжение пробоя одинаковы. Они более термически стабильны и более надежны в режиме короткого замыкания.
  • Кроме того, изменение температуры не окажет существенного влияния на потери при выключении, т.е. они остаются неизменными при изменении температуры. А P-слой (сторона коллектора) сильно легирован в IGBT без пробивки.
  • Они разработаны с использованием менее дорогой технологии диффузионного процесса, что делает их идеальным выбором для цепей переменного тока. Кроме того, структура NPT обеспечивает возможность двунаправленной блокировки в этих устройствах. База N в этом случае толстая.

2.Пробойник [PT-IGBT]

  • Эти IGBT также называются асимметричными устройствами. Их называют асимметричными, потому что здесь прямое напряжение пробоя больше, чем обратное напряжение пробоя.
  • Эти устройства менее термостабильны и менее надежны в режиме короткого замыкания. И в этом случае потери на выключение прямо пропорциональны температуре, они значительно возрастают с повышением температуры.
  • Эти IGBT производятся с использованием дорогостоящего процесса N-эпитаксиальной воды.Они содержат тонкое основание N, а структура PT имеет более низкую способность обратного блокирования.
  • Широко используются в цепях постоянного тока, где поддержка напряжения в обратном направлении устройством не требуется.

4. IGBT и MOSFET
  • И IGBT, и MOSFET являются транзисторами и устройствами, управляемыми напряжением, но они различаются по составу и характеристикам.
  • IGBT состоит из выводов коллектора, эмиттера и затвора, тогда как MOSFET, с другой стороны, состоит из выводов стока, истока и затвора.IGBT лучше, чем MOSFET с точки зрения производительности.
  • IGBT требует дополнительного обратного диода для управления током в обратном направлении. Включение этого диода свободного хода делает это устройство лучшим выбором для высоковольтных приложений.

  • IGBT предпочтительнее для высокого напряжения (более 1000 В), низкой частоты (менее 20 кГц), небольшой или узкой нагрузки или изменений в сети; высокая рабочая температура; низкий рабочий цикл и выходная мощность более 5 кВт.
  • МОП-транзистор
  • , с другой стороны, предпочтителен для больших рабочих циклов, широких изменений нагрузки или сети, высокочастотных (более 200 кГц) и низковольтных приложений (менее 250 В).
  • После MOSFET в электронных устройствах широко используются IGBT. IGBT занимают 27% рынка силовых транзисторов.
  • Большее усиление по мощности и меньшие входные потери IGBT делают это устройство более предпочтительным, чем полевые МОП-транзисторы и биполярные транзисторы. На рынке вы найдете высоковольтные и сильноточные биполярные транзисторы, но у них есть один недостаток.
  • Скорость переключения у них не очень хорошая, для переключения устройств требуется время. Точно так же одни полевые МОП-транзисторы, без сомнения, имеют высокие скорости переключения. Но сильноточные и высоковольтные компоненты MOSFET слишком дороги по сравнению с IGBT.

5. Инвертор IGBT

Транзисторы IGBT используются в инверторных модулях VFD (преобразователь частоты) в качестве электронного переключателя высокой мощности по следующим причинам.

  • Обладает высокой допустимой нагрузкой по току.Некоторые устройства IGBT имеют максимальный номинальный ток коллектора Ic (макс.) около 100 А. И если это не соответствует требованиям, два или более IGBT могут быть объединены для достижения цели.
  • БТИЗ
  • поставляются с номинальным напряжением коллектора холостого хода до 1,6 кВ. Это объясняет, что существуют устройства, предпочтительные для работы от выпрямленной трехфазной и однофазной сети… в диапазоне от 110 В переменного тока до 690 В переменного тока.
  • IGBT содержит клемму затвора с высоким импедансом, что позволяет технически просто управлять устройством, управляя клеммой затвора.

 

  • Низкие потери проводимости IGBT обеспечивают низкое напряжение в открытом состоянии.
  • Напомним, IGBT имеет высокую скорость переключения. Это означает, что вы можете достичь высоких частот переключения с уменьшенными потерями переключения, которые играют ключевую роль в снижении уровня шума двигателя и гармоник.
  • IGBT имеет широкую зону безопасной работы при обратном смещении (RBSOA), что объясняет его сравнительную защиту от коротких замыканий нагрузки.

Помните, что упомянутые выше свойства могут влиять друг на друга.БТИЗ, например, часто имеют очень высокую скорость переключения, которая гарантирует более высокое напряжение насыщения в открытом состоянии, что является свойством метода изготовления. Так что это устанавливает компромисс между потерями проводимости и потерями переключения.

Это объясняет, что для большого мощного частотно-регулируемого привода вам может потребоваться выбрать более медленные устройства с довольно низким напряжением насыщения, чтобы минимизировать общие потери. Кроме того, вы можете уменьшить коммутационные потери, работая с более низкой частотой модуляции.

6.IGBT Applications

Сочетание высокой скорости переключения, такой как MOSFET, и низких потерь проводимости, таких как BJT, приведет к разработке оптимального твердотельного IGBT, что делает его подходящим выбором для ряда приложений. Ниже приведены приложения IGBT.

  • Используется в приводах переменного и постоянного тока
  • Работа в нерегулируемых источниках питания (ИБП)
  • Используется в импульсных источниках питания (SMPS)
  • Используется в электромобилях и физике плазмы
  • Используется для управления тяговыми двигателями и индукционного нагрева
  • Встраивается в инверторы, преобразователи и источники питания

На сегодня это все.Надеюсь, вы найдете эту статью полезной. Если у вас есть какие-либо вопросы, вы можете оставить свой комментарий в разделе ниже. Я счастлив и готов помочь вам наилучшим образом. Не стесняйтесь делиться своими ценными предложениями и отзывами о контенте, которым мы делимся, чтобы мы продолжали возвращаться с качественным контентом, адаптированным к вашим потребностям и требованиям. Спасибо за прочтение статьи.

ЧТО ТАКОЕ БТИЗ? — Статьи — RAAD Automation

Биполярный транзистор с изолированным затвором ( IGBT ) представляет собой силовой полупроводниковый прибор с тремя выводами, в основном используемый в качестве электронного переключателя, который, как он был разработан, стал сочетать высокую эффективность и быстрое переключение.Он переключает электроэнергию во многих современных устройствах: частотно-регулируемых приводах (ЧРП), электромобилях, поездах, холодильниках с регулируемой скоростью, балластах для ламп, кондиционерах и даже стереосистемах с переключающими усилителями. Поскольку он предназначен для быстрого включения и выключения, усилители, которые его используют, часто синтезируют сигналы сложной формы с широтно-импульсной модуляцией и фильтрами нижних частот. В коммутационных приложениях современные устройства имеют частоту повторения импульсов в ультразвуковом диапазоне — частоты, которые как минимум в десять раз превышают самую высокую звуковую частоту, обрабатываемую устройством при использовании в качестве аналогового аудиоусилителя.

IGBT сочетает в себе простые характеристики управления затвором полевых МОП-транзисторов и способность биполярных транзисторов работать с большими токами и низким напряжением насыщения. IGBT сочетает в себе полевой транзистор с изолированным затвором для входа управления и биполярный силовой транзистор в качестве ключа в одном устройстве. IGBT используется в приложениях средней и высокой мощности, таких как импульсные источники питания, управление тяговыми двигателями и индукционный нагрев. Большие модули IGBT обычно состоят из множества устройств, подключенных параллельно, и могут иметь очень высокие возможности обработки тока, порядка сотен ампер, при запирающем напряжении 6000 В.Эти IGBT могут управлять нагрузками в сотни киловатт.
БТИЗ первого поколения 1980-х и начала 1990-х годов были подвержены отказам из-за таких эффектов, как защелкивание (при котором устройство не выключается, пока течет ток) и вторичный пробой (при котором локализованная горячая точка в устройстве выходит из строя). в тепловой разгон и выжигает устройство при больших токах). Устройства второго поколения были значительно усовершенствованы. Нынешние IGBT третьего поколения еще лучше, по скорости они могут конкурировать с MOSFET, а также обладают превосходной прочностью и устойчивостью к перегрузкам. [2] Чрезвычайно высокие импульсные характеристики устройств второго и третьего поколения также делают их полезными для генерации импульсов большой мощности в таких областях, как физика элементарных частиц и плазма, где они начинают вытеснять более старые устройства, такие как тиратроны и управляемые искровые разрядники. Высокие импульсные характеристики и низкие цены на избыточном рынке также делают их привлекательными для любителей высокого напряжения для управления большими объемами энергии для управления такими устройствами, как полупроводниковые катушки Тесла и койлганы
. # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی

# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد #صنعتی
#تکو #اینورتر #اینورتر #تکو #اتوماسیون #رعد #صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی
# تکو # اینورتر # اینورتر # تکو # اتوماسیون # رعد # صنعتی # تکو # اینورترترترترترترترترترترترترتک اینورترترتکو # اتوماسیون # رع # صنعتی
# تکو # اینورترتر # ای

когда-либо слышил о IGBT? Это одно энергоэффективное устройство.

Большинство инженеров знакомы с чипами цифровой обработки, но меньше знают о кремниевых транзисторах с переключением питания. Одним из ключевых примеров последнего является биполярный транзистор с изолированным затвором или IGBT, силовой полупроводниковый прибор с тремя выводами, который в основном используется в качестве электронного переключателя.Поскольку они предназначены для быстрого включения и выключения, IGBT широко используются в качестве переключающих устройств в инверторных схемах преобразования постоянного тока в постоянный для управления двигателями от малых до больших.

В последнее время эти малоизвестные устройства обрели популярность в связи с глобальным переходом на энергоэффективные системы. Но прежде чем мы посмотрим, как это сделать, давайте посмотрим на рыночные тенденции для этих устройств.

Связанный: 15 Инновации в полупроводниковой электронике на 2021 год

По данным Mordor Intelligence, рынок IGBT оценивался в 6 долларов США.047 миллиардов долларов США в 2020 году и, как ожидается, достигнет 11,01 миллиардов долларов США к 2026 году. ), холодильники, кондиционеры, балласты для ламп, муниципальные системы электропередачи и стереосистемы.

Еще одной причиной роста числа IGBT является электрификация автомобильных силовых агрегатов в электрических и гибридных транспортных средствах (EV/HEV).С IGBT значительно снижаются потери проводимости и переключения, что напрямую влияет на общую эффективность транспортного средства.

Связанный: 5 ключевых сегментов рынка полупроводников и электроники в 2021 году

Продажи электромобилей в Европе, Северной Америке и Китае открывают новые возможности для IGBT для поддержки инфраструктуры и производства электромобилей. Эти продажи помогают еще больше укрепить позиции IGBT на рынке, поясняется в отчете.

Поезда и фонари

Много лет назад на Международной конференции по электронным устройствам IEEE (IEDM) изобретатель биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) рассказал о влиянии силовых полупроводников на общество.Профессор Джаянт Балига из Университета штата Северная Каролина заявил, что его изобретение полупроводникового силового выключателя IGBT позволило снизить потребление бензина на 10% и повысить эффективность использования электроэнергии более чем на 40%.

Чтобы быть более конкретным, IGBT представляет собой силовой транзистор с МОП-структурой для входа и биполярной для конструкции на выходе. Эти устройства используются для приложений с высоким напряжением и высоким током, управляя большой мощностью с меньшей мощностью привода.Кроме того, технология IGBT широко используется при восстановлении устаревших энергетических и транспортных средств.

Например, технология IGBT использовалась для модернизации локомотивов со старыми тиристорами выключения затвора (GTO) для управления двигателями. GTO — это устройство переключения мощности, используемое в инверторных мостах среднего напряжения высокой мощности. Но эта технология имеет тенденцию быть дорогой из-за сложной схемы управления затвором. Напротив, устройства IGBT могут работать с гораздо более высокими токами и ими легче управлять.

Еще один пример использования IGBT-устройств для снижения энергопотребления — освещение. По данным Министерства энергетики США (DOE), искусственное освещение потребляет около 10% бытового электричества. Было продемонстрировано, что типичная компактная люминесцентная лампа (CFL) с поддерживающей электроникой на основе IGBT в цоколе снижает потребление энергии на 80 процентов, при этом срок службы в 10 раз превышает срок службы ламп накаливания. По словам Балига, Motorola (On-Semi) показала, что IGBT предлагает наиболее экономичную технологию силовых устройств для использования в электронном балласте КЛЛ по сравнению с биполярными силовыми транзисторами и силовыми полевыми МОП-транзисторами.

IEEE IDM, профессор Дж. Балига

Технология балласта IGBT значительно увеличивает энергосбережение компактных люминесцентных ламп (КЛЛ).

Джон Блайлер (John Blyler) — старший редактор журнала Design News, специализирующийся на электронике и передовых производственных помещениях. Имея степень бакалавра в области инженерной физики и степень магистра в области электротехники, он имеет многолетний опыт работы с аппаратными, программными и сетевыми системами в качестве редактора и инженера в области передового производства, IoT и полупроводниковой промышленности. Джон является соавтором книг по системной инженерии и электронике для IEEE, Wiley и Elsevier.

БТИЗ |Sanken Electric

Что такое IGBT?

IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) — это транзистор, входная часть которого имеет структуру МОП, а выходная часть имеет биполярную структуру. Этот транзистор имеет характеристики MOSFET с высоким входным сопротивлением и высокой скоростью переключения, а также характеристики биполярного транзистора с низким напряжением насыщения.
См. Структура IGBT для получения информации о структуре IGBT.

Характеристики БТИЗ

Особенности IGBT по сравнению с мощными MOSFET и биполярными транзисторами показаны ниже.

Структура БТИЗ

В этом разделе описывается структура и характеристики БТИЗ. По сравнению со сквозным типом, непробивной тип и тип с остановкой поля имеют более высокую скорость переключения, меньшие потери и более тонкий / меньший размер.

Структура Пробивной (PT) Тип Непробиваемая резьба (NPT) Тип Полевой упор (FS) Тип
Вид в разрезе
Скорость переключения Медленный Быстро Быстро
Время стойкости к короткому замыканию Короткий Длинный Средний
Сложность производства Легкий Трудно Трудно

IGBT Значение. Что означает IGBT?

IGBT означает, что является биполярным транзистором с изолированным затвором, а другая полная форма определения IGBT представлена ​​в таблице ниже.В таблице есть 18 различных значений аббревиатуры IGBT , которые являются компиляцией аббревиатуры IGBT, такой как технология, военная промышленность, энергетика, электроника, автомобильная промышленность и т. Д. Терминологии. Если вы не можете найти значение аббревиатуры IGBT, которое вы ищете в 18 различных таблицах значений IGBT, повторите поиск, используя модель вопроса, например «Что означает IGBT?, Значение IGBT», или вы можете выполнить поиск, введя только аббревиатуру IGBT в поле поисковая строка.
Значение сокращений IGBT зарегистрированы в различных терминах.В частности, если вам интересно, все значения, относящиеся к аббревиатурам IGBT в соответствии с терминологией, нажмите кнопку соответствующей терминологии справа (внизу для мобильных телефонов) и получите значения IGBT, которые записаны только для этой терминологии.

Значение Astrology Queries Citation

IGBT Значение

  1. Биполярный транзистор с изолированным затворомтрехфазное выходное устройство с переменным током, используемое для получения высокой точности и изменения выходной мощности. Он используется в устройствах управления стереосистемой и кондиционером.Специальная конструкция транзистора, подходящая для работы с высокими напряжениями и токами. Часто используется в оборудовании для управления статической мощностью, таком как инверторы или управляемые выпрямители, из-за гибкости управления выходом. Технологии, электроника, автомобилестроение, вычислительная техника, железнодорожный транспорт, оборудование, бизнес и финансы
  2. , Питание, электроника
  3. Изолированные ворота-биполяр-транзисторен
  4. 160158
  5. 160157 биполярный транзистор
  6. изолированные ворота биполярные транзисторштабы, мощность, электроника
  7. Изолированные ворота Биполярные трантистртехнологии, мощность, модуль
  8. Изолированные ворота биполярные транзистор
  9. Транзистор
  10. Биполярный транзистор с изолированным затвором
  11. Биполярный транзистор с изолированным затвором, переключатель, модуль
  12. Биполярный транзистор с изолированным затвором, мощность, цепь
  13. Биполярный транзистор с изолированным затвором
  14. 909157
  15. Биполярные транзисторы с изолированным затвором, силовые, модуль
  16. Биполярные транзисторы с изолированным затвором, силовые, напряжение
  17. Биполярные транзисторы с изолированным затвором, силовые, индукционные
  18. Биполярные транзисторы со встроенным затвором, силовые, модуль Мощность, напряжение

Пожалуйста, найдите значение IGBT в других источниках.

Что означает IGBT?

Мы собрали запросы в поисковых системах по аббревиатуре IGBT и разместили их на нашем сайте, выбрав наиболее часто задаваемые вопросы. Мы думаем, что вы задали аналогичный вопрос поисковой системе, чтобы найти значение аббревиатуры IGBT, и мы уверены, что следующий список привлечет ваше внимание.

  1. Что означает IGBT?

    IGBT означает биполярные транзисторы с интегрированным затвором.
  2. Что означает аббревиатура IGBT?

    Аббревиатура IGBT означает «биполярный транзистор с изолированным затвором».
  3. Что такое определение IGBT? Определение
    IGBT: «Биполярный транзистор с изолированным затвором».
  4. Что означает IGBT?
    IGBT означает «биполярный транслятор с изолированным затвором».
  5. Что такое аббревиатура IGBT? Аббревиатура
    IGBT — «Биполярный транзистор с изолированным затвором».
  6. Что такое биполярный переводчик с изолированными воротами?
    Биполярный преобразователь с изолированным затвором (Insulated Gate Bipolar Translator) — IGBT.
  7. Как расшифровывается аббревиатура IGBT?
    Определения сокращения IGBT: «Биполярный транзистор с изолированным затвором».
  8. Какая полная форма аббревиатуры IGBT?
    Полная форма аббревиатуры IGBT: «Биполярный транзистор с изолированным затвором».
  9. Каково полное значение IGBT?
    Полное значение IGBT: «Биполярные транзисторы с изолированным затвором».
  10. Каково объяснение IGBT?
    Объяснение IGBT: «Биполярные транзисторы с изолированным затвором».
Что означает сокращение IGBT в астрологии?

Мы не давали места только значениям определений IGBT. Да, мы знаем, что вашей основной целью является объяснение аббревиатуры IGBT. Однако мы подумали, что вы можете рассмотреть астрологическую информацию об аббревиатуре IGBT в астрологии. Поэтому астрологическое описание каждого слова доступно внизу.

IGBT Аббревиатура в астрологии
  • IGBT (буква I)

    Любовь — самое главное в их жизни.Они хотят, чтобы их ценили и любили. Я, люди, управляемые Венерой, желают любви и общаются через физический контакт. Их интуиция достаточно сильна.

    Эти люди, которые ищут стабильности и справедливости во всех делах, известны своим сострадательным руководством. Их подъем и падение эмоций могут разрушить их морально. Они могут устроить в своей жизни все, лишь бы это наполняло сердца.

  • IGBT (буква G)

    Окруженный энергиями, которые обернуты перфекционистом и дотошным.Для них все должно быть сытым. Они склонны к поиску, а также к деталям. Они очень заботятся о мыслях других людей. Они не думают без «Что говорят другие».

    Они самые мечтательные, и это позволяет им генерировать творческие идеи. Они очень ленивы или очень трудолюбивы. Они не боятся жизненных трудностей.

  • IGBT (буква B)

    Чувствительный, хрупкий и замкнутый. Когда она расположена первой буквой в имени, она отдает всю свою силу другим буквам.Люди, чьи имена начинаются на Б, обладают сильной интуицией. Мир и согласие являются для них единственной целью. Они хотят мира там, где они остаются. Эти люди дружелюбные, любящие домашний быт, рассудительные и к тому же вялые. Однако то, что они делают, надежно и надежно.

    Люди, у которых в имени последняя буква Б, поздно заканчивают работу. Но, как правило, они делают лучше всего. Они любят красавиц и быть любимыми.

  • IGBT (буква Т)

    Люди, находящиеся под влиянием Нептуна, известны своим мечтательным характером.Жить что-то в своем внутреннем мире дается им легче. Хотя, с одной стороны, они сострадательны и чувствительны, с другой стороны, они могут быть холодными и отстраненными по отношению к незнакомым людям.

    Чувствительность вызывает быстрый перелом. Они могут быть зациклены на чужих словах. Их духовное направление очень продвинуто. Время от времени их разочарования отражаются на их деловой жизни. Они достаточно открыты для внешних факторов.

Цитирование IGBT

Добавьте это сокращение в список источников.Мы разделяем несколько форматов цитирования для вас, чтобы цитировать.

  • APA 7th
    IGBT Значение . (2020, 4 мая). Акроним24.Com. https://acronym24.com/igbt-meaning/
    Цитата в тексте: ( Значение IGBT , 2020)
  • Чикаго 17th
    «Значение IGBT». 2020. Акроним24.Ком. 4 мая 2020 г. https://acronym24.com/igbt-meaning/.
    Цитата в тексте: («Значение IGBT», 2020)
  • Гарвард
    Acronym24.com. (2020). БТИЗ Значение . [онлайн] Доступно по адресу: https://acronym24.com/igbt-meaning/ [По состоянию на 30 марта 2022 г.].
    Цитата в тексте: (Acronym24.com, 2020)
  • MLA 8th
    «Значение IGBT». Acronym24.Com , 4 мая. 2020 г., https://acronym24.com/igbt-meaning/. По состоянию на 30 марта 2022 г.
    Цитата в тексте: («Значение IGBT»)
  • AMA
    1.Значение IGBT. Акроним24.com. Опубликовано 4 мая 2020 года. По состоянию на 30 марта 2022 года.ком, май. 4, 2020. https://acronym24.com/igbt-meaning/ (по состоянию на 30 марта 2022 г.).
    Цитата в тексте: [1]
  • MHRA
    «Значение IGBT». 2020. Acronym24.Com [по состоянию на 30 марта 2022 г.]
    («Значение IGBT», 2020)
  • OSCOLA
    «Значение IGBT» ( 92008 Acr) , 4 мая 2020 г.) по состоянию на 30 марта 2022 г.
    Сноска: «Значение IGBT» ( Acronym24.com , 4 мая 2020 г.) по состоянию на 30 марта 2022 г.
  • Ванкувер
    1.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.