Igbt

IGBT je krátká forma bipolárního tranzistoru s izolovanou bránou, kombinace bipolárního spojovacího tranzistoru (BJT) a tranzistoru s kovovým oxidem pole (MOS-FET). Jedná se o polovodičové zařízení používané k přepínání souvisejících aplikací.

Protože IGBT je kombinací MOSFET a Transistor, má výhody jak tranzistorů, tak MOSFET. MOSFET má výhody vysoké spínací rychlosti s vysokou impedancí a na druhé straně BJT má výhodu vysokého zisku a nízkého saturačního napětí, oba jsou přítomny v IGBT tranzistoru. IGBT je napěťově řízený polovodič, který umožňuje velké emitorové proudy kolektoru s pohonem s téměř nulovým hradlem.

Jak již bylo řečeno, IGBT má výhody jak MOSFET, tak BJT, IGBT má izolovanou bránu stejně jako jako typické MOSFETy a stejné charakteristiky přenosu výstupu. I když je BJT proudově řízené zařízení, ale pro IGBT, ovládání závisí na MOSFETu, jedná se tedy o zařízení řízené napětím, ekvivalentní se standardními MOSFETy.

Ekvivalentní obvod a symbol IGBT

Na obrázku výše je zobrazen ekvivalentní obvod IGBT. Je to stejná struktura obvodu použitá v Darlingtonově tranzistoru, kde jsou dva tranzistory připojeny přesně stejným způsobem. Jak vidíme na obrázku výše, IGBT kombinuje dvě zařízení, N-kanálový MOSFET a PNP tranzistor. N kanál MOSFET řídí tranzistor PNP. Standardní výstup BJT zahrnuje Collector, Emitter, Base a standardní výstup MOSFET zahrnuje Gate, Drain a Source. Ale v případě IGBT tranzistorových pinů je to brána, která vychází z N-kanálového MOSFETu a kolektor a emitor vycházejí z PNP tranzistoru.

V PNP tranzistoru, kolektoru a vysílači je vodivá cesta a když je IGBT zapnutý, je veden a přenáší proud skrz něj. Tato cesta je řízena M kanálem N kanálu MOSFET.

V případě BJT vypočítáme zisk, který je označen jako Beta (

Na obrázku výše je zobrazen symbol IGBT. Jak vidíme, symbol zahrnuje tranzistorovou část vysílače kolektoru a část brány MOSFET. Tři terminály jsou zobrazeny jako brána, kolektor a vysílač.

Ve vodivém nebo zapnutém režimu „ ON “ proudí proud z kolektoru do emitoru. Totéž se děje s tranzistorem BJT. Ale v případě IGBT je místo základny Gate. Rozdíl mezi napětím Gate to Emitter se nazývá Vge a rozdíl napětí mezi kolektorem a emitorem se nazývá Vce.

Proud emitoru (Ie) je téměř stejný jako proud kolektoru (Ic), Ie = Ic. Vzhledem k tomu, že proud je v kolektoru i emitoru relativně stejný, je Vce velmi nízká.

Další informace o BJT a MOSFET naleznete zde.

Aplikace IGBT:

IGBT se používá hlavně v aplikacích souvisejících s napájením. Standardní výkonové BJT mají velmi pomalé vlastnosti odezvy, zatímco MOSFET je vhodný pro aplikace s rychlým přepínáním, ale MOSFET je nákladná volba, kde je vyžadován vyšší jmenovitý proud. IGBT je vhodný k nahrazení výkonových BJT a výkonových MOSFETů.

Také IGBT nabízí nižší odolnosti ‚On‘ ve srovnání s BJTs a díky této vlastnosti IGBT je tepelná účinnost v příslušné aplikace vysokého výkonu.

Aplikace IGBT jsou v oblasti elektroniky obrovské. Vzhledem k nízkému odporu, velmi vysokému jmenovitému proudu, vysoké spínací rychlosti, pohonu nulové brány, IGBT se používají v řízení motoru s vysokým výkonem, invertory, spínaný napájecí zdroj s vysokofrekvenčními převáděcími oblastmi.

Na výše uvedeném obrázku je základní aplikace přepínání zobrazena pomocí IGBT. RL, je odporová zátěž připojena přes IGBT emitor na zem. Rozdíl napětí napříč zátěží je označen jako VRL. Zátěž může být také indukční. A na pravé straně je zobrazen jiný obvod. Zátěž je připojena přes kolektor, kde jako proudová ochrana je rezistor připojen přes emitor. V obou případech bude proud proudit z kolektoru do emitoru.

V případě BJT potřebujeme dodávat konstantní proud přes základnu BJT. Ale v případě IGBT, stejně jako MOSFET, musíme zajistit konstantní napětí přes bránu a saturace se udržuje v konstantním stavu.

V levém případě řídí rozdíl napětí, VIN, což je potenciální rozdíl vstupu (brány) se zemí / VSS, výstupní proud tekoucí z kolektoru do emitoru. Rozdíl napětí mezi VCC a GND je téměř stejný napříč zátěží.

V obvodu na pravé straně závisí proud protékající zátěží na napětí děleném hodnotou RS.

I _RL2 = V _IN / R _S

IGBT (IGBT) lze přepínat ‚ ON ‘a ‚ OFF ‘aktivací brány. Pokud uděláme bránu pozitivnější aplikací napětí přes bránu, vysílač IGBT udržuje IGBT ve stavu „ ZAPNUTO “ a pokud nastavíme bránu na záporný nebo nulový tlak, IGBT zůstane ve stavu „ VYPNUTO “. Je to stejné jako přepínání BJT a MOSFET.

Křivka IGBT IV a charakteristiky přenosu

Na výše uvedeném obrázku jsou IV charakteristiky zobrazeny v závislosti na odlišném hradlovém napětí nebo Vge. Osa X značí kolektor emitor nebo Vce a osa y označuje proud kolektoru. Ve vypnutém stavu je proud protékající kolektorem a hradlové napětí nulový. Když změníme Vge nebo napětí hradla, zařízení přejde do aktivní oblasti. Stabilní a nepřetržité napětí napříč hradlem zajišťuje nepřetržitý a stabilní tok proudu kolektorem. Zvýšení VGE se úměrně zvyšuje proud kolektoru, Vge3> Vge2> Vge3. BV je průrazné napětí IGBT.

Tato křivka je téměř totožná s křivkou přenosu IV od BJT, ale zde je zobrazena Vge, protože IGBT je zařízení řízené napětím.

Na výše uvedeném obrázku je zobrazena přenosová charakteristika IGBT. Je téměř totožný s PMOSFET. IGBT přejde do stavu „ ZAPNUTO “ poté, co je Vge větší než prahová hodnota v závislosti na specifikaci IGBT.

Zde je srovnávací tabulka, která nám poskytne věrný obraz o rozdílu mezi IGBT s POWER BJT a Power MOSFETy.

Vlastnosti zařízení	IGBT	Napájení MOSFET	POWER BJT
Jmenovité napětí
Aktuální hodnocení
Vstupní zařízení
Vstupní impedance
Výstupní impedance
Rychlost přepínání
Náklady

V dalším videu uvidíme spínací obvod tranzistoru IGBT.