IGBT on lyhyt eristeisen kaksisuuntaisen porttitransistorin muoto, yhdistelmä kaksisuuntaista liitostransistoria (BJT) ja metallioksidikenttätransistoria (MOS-FET). Se on puolijohdelaite, jota käytetään vastaavien sovellusten vaihtamiseen.
Koska IGBT on MOSFETin ja transistorin yhdistelmä, sillä on molempien transistoreiden ja MOSFETin etuja. MOSFET: llä on etuja suuresta kytkentänopeudesta suurella impedanssilla ja toisella puolella BJT: llä on etu suuresta vahvistuksesta ja matalasta kyllästysjännitteestä, molempia on läsnä IGBT-transistorissa. IGBT on jänniteohjattu puolijohde, joka mahdollistaa suuret kollektorilähetinvirrat, joissa on lähes nollaportti.
Kuten keskusteltiin, IGBT: llä on sekä MOSFET: n että BJT: n edut, IGBT: llä on eristetty portti samat kuin tyypillisissä MOSFET: issä ja samat lähdönsiirto-ominaisuudet. Vaikka BJT on nykyisin ohjattu laite, mutta IGBT: n osalta ohjaus riippuu MOSFETistä, joten se on jänniteohjattu laite, joka vastaa standardin MOSFET-laitteita.
IGBT: n vastaava piiri ja symboli
Yllä olevassa kuvassa näkyy IGBT: n vastaava piiri. Se on sama piirirakenne, jota käytetään Darlington Transistorissa, jossa kaksi transistoria on kytketty täsmälleen samalla tavalla. Kuten voimme nähdä yllä olevan kuvan, IGBT yhdistää kaksi laitetta, N-kanavan MOSFET- ja PNP-transistorin. N-kanavainen MOSFET ajaa PNP-transistoria. BJT: n vakiomallinen pin-ulostulo sisältää Collector-, Emitter-, Base- ja MOSFET-vakioliittimet Gate, Drain ja Source. Mutta IGBT-transistorinastojen tapauksessa se on portti, joka tulee N-kanavaisesta MOSFET: stä ja kerääjä ja lähetin tulevat PNP-transistorista.
PNP-transistorissa kerääjä ja emitteri ovat johtopolku, ja kun IGBT kytketään päälle, se johdetaan ja kuljettaa virtaa sen läpi. Tätä polkua ohjaa N-kanavainen MOSFET.
BJT: n tapauksessa lasketaan voitto, joka on merkitty Beetalla (
Yllä olevassa kuvassa näkyy IGBT-symboli. Kuten voimme nähdä, symboli sisältää Transistorin keräimen emitteriosan ja MOSFETin porttiosan. Kolme päätelaitetta näytetään nimellä Gate, collector ja Emitter.
Kun johtavaa tai kytketään ' ON ' tilassa virran kulku keräilijä ja emitterin. Sama asia tapahtuu BJT-transistorilla. Mutta IGBT: n tapauksessa tukiaseman sijasta on Gate. Gate-Emitter-jännitteen eroa kutsutaan Vge: ksi ja keräimen ja emitterin välistä jännite-eroa Vce: ksi.
Emitterivirta (Ie) on lähes sama kuin kollektorivirta (Ic), Ie = Ic. Koska nykyinen virtaus on suhteellisen sama sekä kerääjässä että emitterissä, Vce on hyvin matala.
Lisätietoja BJT: stä ja MOSFETistä täältä.
IGBT: n sovellukset:
IGBT: tä käytetään pääasiassa tehoon liittyvissä sovelluksissa. Vakiotehoisilla BJT: llä on hyvin hitaat vasteominaisuudet, kun taas MOSFET soveltuu nopeasti vaihtaviin sovelluksiin, mutta MOSFET on kallis valinta, jos vaaditaan korkeampaa virtaluokitusta. IGBT soveltuu virtalähteen BJT: n ja Power MOSFET: n korvaamiseen.
Lisäksi IGBT tarjoaa pienemmän ON-resistanssin kuin BJT: t ja tämän ominaisuuden vuoksi IGBT on lämpötehokas suuritehoisiin sovelluksiin.
IGBT-sovelluksia on laaja elektroniikan alalla. Pienen resistanssin, erittäin korkean virran luokituksen, suuren kytkentänopeuden, nollaportti- aseman vuoksi IGBT: itä käytetään suuritehoisten moottoreiden ohjauksessa, vaihtosuuntaajissa, kytketyssä tilassa olevalla virtalähteellä suurtaajuusmuunnosalueilla.
Yllä olevassa kuvassa peruskytkentäsovellus näytetään IGBT: n avulla. RL, on resistiivinen kuorma kytketty yli IGBT emitteriin maahan. Jännitteen ero kuormituksessa on merkitty VRL: ksi. Kuormitus voi olla myös induktiivinen. Ja oikealla puolella näkyy erilainen piiri. Kuormitus on kytketty kollektorin poikki, jossa virtasuojauksena vastus on kytketty emitteriin. Virta kulkee kollektorista emitteriin molemmissa tapauksissa.
BJT: n tapauksessa meidän on toimitettava vakiovirta BJT: n pohjan yli. Mutta IGBT: n tapauksessa, kuten MOSFET, meidän on tarjottava vakio jännite portin yli ja kylläisyys ylläpidetään vakiotilassa.
Vasemmassa tapauksessa jännite-ero, VIN, joka on tulon (portin) potentiaaliero maapallon / VSS: n kanssa, ohjaa kollektorista emitteriin virtaavaa lähtövirtaa. VCC: n ja GND: n välinen jännite-ero on melkein sama koko kuormalla.
Oikeanpuoleisessa piirissä kuorman läpi kulkeva virta riippuu jännitteestä jaettuna RS- arvolla.
I RL2 = V IN / R S
IGBT (IGBT) voidaan kytkeä ' päälle ' ja ' pois päältä ' aktivoimalla portin. Jos teemme portista positiivisemman soveltamalla jännitettä portin yli, IGBT: n emitteri pitää IGBT: n " ON " -tilassaan ja jos teemme portin negatiiviseksi tai nollapainikkeeksi, IGBT pysyy " OFF " -tilassa. Se on sama kuin BJT- ja MOSFET-kytkentä.
IGBT IV -käyrän ja siirron ominaisuudet
Yllä olevassa kuvassa IV-ominaisuudet esitetään riippuen erilaisesta portin jännitteestä tai Vge: stä. X-akseli kuvaa keräilijä emitterijännite tai Vce ja Y-akselilla on kollektorivirta. Pois päältä -tilan aikana kollektorin ja hilajännitteen läpi kulkeva virta on nolla. Kun muutamme Vge: tä tai hilajännitettä, laite menee aktiiviselle alueelle. Vakaa ja jatkuva jännite portin yli tarjoaa jatkuvan ja vakaan virran kollektorin läpi. Vge: n kasvu lisää suhteellisesti kollektorivirtaa, Vge3> Vge2> Vge3. BV on IGBT: n hajoamisjännite.
Tämä käyrä on melkein identtinen BJT: n IV-siirtokäyrän kanssa, mutta tässä esitetään Vge, koska IGBT on jänniteohjattu laite.
Yllä olevassa kuvassa näkyy IGBT: n siirto-ominaisuus. Se on melkein identtinen PMOSFETin kanssa. IGBT siirtyy “ ON ” -tilaan, kun Vge on suurempi kuin kynnysarvo riippuen IGBT-määrityksestä.
Tässä on vertailutaulukko, joka antaa meille hyvän kuvan eroista IGBT: n POWER BJT: n ja Power MOSFETin välillä.
|
Laitteen ominaisuudet |
IGBT |
Teho MOSFET |
VIRTA BJT |
|
Jänniteluokitus |
|||
|
Nykyinen arvostelu |
|||
|
Syöttölaite |
|||
|
Tulon impedanssi |
|||
|
Lähtöimpedanssi |
|||
|
Vaihtonopeus |
|||
|
Kustannus |
Seuraavassa videossa näemme IGBT-transistorin kytkentäpiirin.