IGBT широко используются в преобразователях постоянного тока, электродвигателях и инверторах. Они также используются в силовых устройствах, таких как выпрямители и передатчики мощности. Их можно найти в различных размерах и формах, в зависимости от применения, для которого они предназначены. Это периферийное устройство, которое действует как транзистор и сочетает в себе характеристики биполярного транзистора и полевого МОП-транзистора. Примерная эквивалентная схема IGBT состоит из МОП-лампы и PNP-транзистора (Q1).

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

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.

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.

IGBT перейдет в состояние «ON» после того, как Vge превысит пороговое значение, зависящее от спецификации IGBT. В правой схеме ток, протекающий через нагрузку, зависит от напряжения, деленного на значение RS . Для уменьшения помех необходимо подключать драйвер к модулю витой парой или устанавливать плату на контакты управления модулем. If you liked this article and you would like to receive much more information concerning https://ebvnews.ru/ebv/igbt/ kindly take a look at our own page. Микросхемы вырабатывают управляющие импульсы, обеспечивают коммутацию ключей в нужном частотном диапазоне, согласовывают работу полупроводниковых устройств с блоком управления. Потери в цепи управления полупроводниковым элементом ничтожно малы и при практических расчетах его величиной можно пренебречь. Модули IGBT могут иметь разное исполнения, начиная от одиночных силовых ключей и чопперов, заканчивая полными трёхфазными мостами и однофазными трёхуровневыми схемами.

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

На этой странице представлены IGBT модули российского производителя АО «Протон-Электротекс». Они предназначены для управления мощными электрическими нагрузками в промышленной электронике. В ассортименте — Half-Bridge, Single Switch и Dual Switch решения с диапазоном напряжений до 3300 В и токов до 2400 А.

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.

Что такое силовой модуль IGBT?

ВАХ IGBT транзистора почти идентична кривой передачи биполярного транзистора, но только на ней вместо тока показано Vge, поскольку IGBT является устройством, управляемым напряжением. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) можно включить и выключить, активировав его затвор. Если мы сделаем напряжение на затворе более положительным, подав напряжение на затвор, эмиттер IGBT удержит IGBT в состоянии «ON», а если мы сделаем напряжение на затворе отрицательным или нулевым, IGBT останется в состоянии «OFF». Это то же самое, что и переключение биполярного транзистора и MOSFET. В этом случае выбирают транзисторы IGBT с одинаковым пороговым напряжением во включенном состоянии.

Структура IGBT представляет собой четырехслойный полупроводниковый прибор. Четырехслойное устройство реализовано путем объединения транзисторов PNP и NPN, образующих схему PNPN. IGBT с напряжением до 6 кВ и током до 4500 А также доступны для железнодорожного транспорта, передачи высокого напряжения постоянного тока (HVDC) и других крупных применений. Выпускаются как отдельные приборы БТИЗ, так и силовые сборки (модули) на их основе, например, для управления цепями трёхфазного тока. В PNP-транзисторе коллектор и эмиттер представляют собой путь проводимости, и когда IGBT включен через него проходит ток. В области частот кГц ключи на транзисторах GBT значительно превосходят устройства на полупроводниковых приборах других типов.

Для ограничения перенапряжений при переключении транзисторов используют RC- и RCD-фильтры, включаемые в силовую цепь. При превышении расчетного значения допустимой величины, необходим выбор модуля с большим номинальным током. При большом запасе выбирают IGBT с меньшим номинальным током и заново выполняют расчеты.

  • В области стока нанесен еще один дополнительный p+-слой, который образует биполярный транзистор.
  • На изображении выше показано использование IGBT транзистора для переключения.
  • 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.
  • В общем случае, для высокочастотных низковольтных каскадов наиболее подходят МОП, а для высоковольтных мощных — БТИЗ.
  • Разница между напряжением затвор-эмиттер называется Vge, а разница напряжений между коллектором и эмиттером называется Vce .
  • IGBT имеет входные характеристики биполярного транзистора и выходные характеристики МОП-лампы.
  • Таким образом, IGBT-модуль имеет ряд преимуществ перед другими типами транзисторов.
  • Приведем сравнительную таблицу, которая даст нам четкое представление о разнице между IGBT, силовым биполярным транзистором и силовым MOSFET.
  • Они также используются в силовых устройствах, таких как выпрямители и передатчики мощности.
  • IGBT перейдет в состояние «ON» после того, как Vge превысит пороговое значение, зависящее от спецификации IGBT.
  • Поэтому IGBT подходит для замены силовых биполярных транзисторов и силовых MOSFET .

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.

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

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.

  • При параллельном включении также учитывают увеличившуюся входную емкость, драйвер управления должен обеспечить заданную скорость коммутации.
  • Купить силовые IGBT модули лучше всего на сайте интернет-магазина «Промэлектроника».
  • Внутренняя структура БТИЗ – это каскадное подключение двух электронных входных ключей, которые управляют оконечным плюсом.
  • Биполярные транзисторы с изолированным затвором находят очень широкое применение в современной электронике.
  • При подаче на изолированный затвор управляющего напряжения, область р образует открытый канал, включая полевой транзистор, который в свою очередь отпирает биполярный p-n-p элемент.
  • IGBT является основным компонентом инвертора и, естественно, требует особого внимания.
  • Доставка электронных компонентов осуществляется по России, Беларуси, Казахстану.
  • Подберём оптимальное решение под ваш проект и обеспечим техническую поддержку.
  • Четырехслойное устройство реализовано путем объединения транзисторов PNP и NPN, образующих схему PNPN.
  • Хотя его внутренняя эквивалентная схема сложна, ее можно упростить, представив состоящей из N-канального МОП-транзистора с переменным сопротивлением открытого состояния и диода, соединенных последовательно, как показано на рисунке (c).

История появления БТИЗ

БТИЗ являются противоположностью МОП-ламп, которые имеют двунаправленный процесс переключения тока; МОП-лампы управляются в прямом направлении, а обратное напряжение не контролируется. В динамических условиях, когда IGBT выключен, в нем может возникнуть ток фиксации, который возникает, когда непрерывный ток возбуждения во включенном состоянии превышает критическое значение. Это силовой транзистор, сочетающий в себе входной МОП-транзистор и выходной биполярный транзистор. Удельное сопротивление высокоомной N-дрейфовой области уменьшается, когда дырки инжектируются из этой P-области при включении. Следовательно, IGBT представляет собой переключающий транзистор с низким напряжением включения даже при высоком напряжении пробоя. На изображении выше показано использование IGBT транзистора для переключения.

  • На их базе строятся практически все бестрансформаторные преобразователи тока и напряжения, инверторы, частотные преобразователи.
  • БТИЗ являются противоположностью МОП-ламп, которые имеют двунаправленный процесс переключения тока; МОП-лампы управляются в прямом направлении, а обратное напряжение не контролируется.
  • С другой стороны, для МОП-трубки входной ток отсутствует, поскольку выводы затвора изолируют ток основного канала.
  • Это необходимо для исключения перенапряжений, вызванных перезарядкой внутренних индуктивностей.
  • Это предотвратит увеличение напряжения при резком скачке тока и выход полупроводникового устройства из режима насыщения.
  • С другой стороны, если напряжение на выводе затвора IGBT равно нулю или слегка отрицательному, приложение схемы отключается.
  • В некоторых случаях БТИЗ и МОП-транзисторы полностью взаимозаменяемы, цоколёвка приборов и характеристики управляющих сигналов обоих устройств обычно одинаковы.
  • Диапазон использования — от десятков до 1200 ампер по току, от сотен вольт до 10 кВ по напряжению.
  • Для эффективного охлаждения полупроводниковых модулей необходимо подготовить поверхность радиатора и обеспечить плотное прилегание подложки прибора к охладителю.
  • 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.
  • Модуль IGBT сегодня используется в самом современном оборудовании, таком как электрические и гибридные автомобили, а также в поездах, воздушных машинах и т.

Модули тиристорные и модули диодные и модули IGBT

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

Но в случае IGBT, как и в случае с MOSFET, нам необходимо обеспечить постоянное напряжение на затворе, а насыщение поддерживается в постоянном состоянии. В проводящем или включенном режиме ток течет от коллектора к эмиттеру. Разница между напряжением затвор-эмиттер называется Vge, а разница напряжений между коллектором и эмиттером называется Vce . IGBT работают путем включения или выключения путем активации или деактивации выводов затвора.