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

Что такое силовой модуль IGBT?

В некоторых случаях БТИЗ и МОП-транзисторы полностью взаимозаменяемы, цоколёвка приборов и характеристики управляющих сигналов обоих устройств обычно одинаковы. IGBT и MOSFET требуют 12—15 В для полного включения и не нуждаются в отрицательном напряжении для выключения, как запираемый тиристор. Но «управляемый напряжением» не означает, что при переключении БТИЗ в цепи затвора отсутствует ток. Затвор БТИЗ (как и МОП-транзистора) для управляющей схемы эквивалентно является конденсатором с ёмкостью, достигающей единиц нанофарад (для мощных приборов), что определяет импульсный характер тока затвора. Драйвер затвора должен быть способным быстро перезаряжать эту ёмкость, чтобы обеспечить быстрое переключение транзистора. IGBT в основном используется в приложениях, связанных с энергетикой.

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

Эквивалентная схема IGBT

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

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

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

  • Это периферийное устройство, которое действует как транзистор и сочетает в себе характеристики биполярного транзистора и полевого МОП-транзистора.
  • Если через затвор проходит положительное входное напряжение, включается схема управления удержанием эмиттера.
  • Время рассасывания заряда для IGBT прибора составляет всего 0,2-1,5 мкс, при коммутации с частотой кГц для надежной работы транзисторов не нужно включать в схему дополнительные цепи.
  • Он имеет структуру изолированного порта, что означает, что порт не подключен к стоку и управляется напряжением.
  • Еще одним преимуществом является то, что он дешевле, чем другие типы транзисторов, что делает его популярным выбором для многих приложений.
  • В PNP-транзисторе коллектор и эмиттер представляют собой путь проводимости, и когда IGBT включен через него проходит ток.
  • Модульные конструкции появились для простоты применения и компактности в общей схеме, так как IGBT-транзисторы в одиночном варианте практически не используются.
  • При превышении расчетного значения допустимой величины, необходим выбор модуля с большим номинальным током.
  • Сопротивление канала IGBT-элементов растет пропорционально току, зависимость потерь от величины тока не квадратичная, как у транзисторов MOSFET.
  • IGBT-модули – силовые устройства, в основе которых лежат IGBT-транзисторы.
  • Аналогично, соединением между N-областью и основной областью тела является соединение J1.
  • Основные полупроводниковые элементы силовой электроники сейчас – полевые транзисторы (MOSFET), биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).

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

Для затяжки применяют электронные инструменты с небольшой частотой вращения и функцией контроля усилий. Применять пневматику нельзя, такой инструмент недостаточно точен и может создать избыточное усилие затяжки, которое приводит к напряжениям на корпусе прибора и трещинам полупроводникового кристалла. Где РП – мощность потерь полупроводникового прибора, Rt h( р ) – тепловое сопротивление проводящего материала.

Силовые модули IGBT

  • Они определяются по графику и зависят от частоты коммутаций, температуры, напряжения на коллекторе, тока в момент переключения.
  • Таким образом, коэффициент усиления представляет собой соотношение изменений выходного напряжения с изменениями входного напряжения.
  • Силовые модули IGBT сочетают в себе несколько IGBT (БТИЗ) транзисторов в различных конфигурациях под конкретные задачи.
  • Данное сочетание привело к тому, что он унаследовал положительные качества, как полевого транзистора, так и биполярного.
  • Модули IGBT могут иметь разное исполнения, начиная от одиночных силовых ключей и чопперов, заканчивая полными трёхфазными мостами и однофазными трёхуровневыми схемами.
  • IGBT имеют металлический слой, прикрепленный ко всем трем выводам (коллектор, эмиттер и затвор).
  • Готовы обеспечить компании любой величины поставками современной и надежной продукции.
  • Мы предлагаем оригинальные модули со склада, с официальной гарантией и быстрой доставкой по России.
  • Это существенно увеличивает стоимость преобразователей и усложняет их производство.
  • Протекание тока коллектора требует минимального порогового напряжения VTH между затвором и эмиттером.
  • Быстродействие силовых элементов с изолированным затвором превосходит скорость коммутации биполярных транзисторов, но уступает элементам MOSFET.
  • IGBT предпочтительнее тиристоров, которые ждут быстрого переключения через ноль.

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

  • Чтобы отключить IGBT сейчас, нам нужна типичная схема переключения тока, например, в случае принудительного переключения тока на тиристоре.
  • IGBT-модули применяются в инверторах, частотных преобразователях, импульсных регуляторах тока, системах управления мощными приводами.
  • Передаточные характеристики IGBT демонстрируют взаимосвязь между Ic и VGE.
  • Удельное сопротивление высокоомной N-дрейфовой области уменьшается, когда дырки инжектируются из этой P-области при включении.
  • Это силовой транзистор, сочетающий в себе входной МОП-транзистор и выходной биполярный транзистор.
  • Напряжение цепи «коллектор-эмиттер» для снижения динамических потерь и обеспечения стабильной работы транзистора при отпирании ключа должно составлять +15±10% В, при запирании -7…-15 В.
  • Как и биполярные транзисторы, IGBT способны накапливать заряд, который является причиной остаточного тока и нагрева прибора при запирании.
  • Заказать IGBT модули можно на сайте компании производителя Технопром М.

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

Модули тиристорные и модули диодные и модули IGBT

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

Если через затвор проходит положительное входное напряжение, включается схема управления удержанием эмиттера. С другой стороны, если напряжение на выводе затвора IGBT равно нулю или слегка отрицательному, приложение схемы отключается. Поскольку IGBT может использоваться как в качестве биполярного транзистора, так и в качестве МОП-лампы, степень усиления, которую он достигает, равна отношению между его выходным сигналом и управляющим входным сигналом.

If you liked this post and you would like to get more facts with regards to igbt модуль kindly go to our page. Разница в параметрах приводит к несимметричному току на транзисторах. При параллельном включении также учитывают увеличившуюся входную емкость, драйвер управления должен обеспечить заданную скорость коммутации. БТИЗ применяют при работе с высокими напряжениями (более 1000 В), высокой температурой (более 100 °C) и высокой выходной мощностью (более 5 кВт).

На рисунке №2 показано условное графическое обозначение биполярного транзистора с изолированным затвором, которое может встретиться как в отечественной, так и зарубежной технической литературе и документации. IGBT-транзистор – это довольно хитроумный прибор, который представляет собой гибрид полевого и биполярного транзистора. Данное сочетание привело к тому, что он унаследовал положительные качества, как полевого транзистора, так и биполярного.

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

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