Mikä on IGBT: Työskentely, kytkentäominaisuudet, SOA, porttivastus, kaavat

IGBT tarkoittaa Eristetty-portti-kaksisuuntainen transistori , tehopuolijohde, joka sisältää MOSFETin ominaisuudet suuri nopeus, jännitteestä riippuvainen porttikytkentä ja a: n minimaaliset ON-vastuksen (matala kylläisyysjännite) ominaisuudet BJT .

Kuvassa 1 on IGBT-vastaava piiri, jossa bipolaarinen transistori toimii MOS-porttiarkkitehtuurin kanssa, kun taas vastaava IGBT-piiri on itse asiassa MOS-transistorin ja bipolaarisen transistorin sekoitus.

IGBT-laitteita, jotka lupaavat nopeaa kytkentänopeutta ja minimaalisia kyllästysjänniteominaisuuksia, käytetään laajalla alueella, kaupallisista sovelluksista, kuten aurinkoenergian valjaat ja keskeytymättömät virtalähteet (UPS), kulutuselektroniikan kenttiin, kuten lämpötilan säätö induktiolämmittimen liedet , ilmastointilaitteet PFC, invertterit ja digitaalikameran stroboskoopit.

Alla oleva kuva 2 paljastaa arvioinnin IGBT: n, bipolaarisen transistorin ja MOSFET: n sisäisten asettelujen ja määritteiden välillä. IGBT: n peruskehys on sama kuin MOSFET: llä, jossa p + -kerros on asetettu viemäriosaan (kerääjä) ja lisäksi ylimääräinen pn-liitos.

Tästä johtuen aina, kun vähemmistökantajia (reikiä) on tapana työntää p + -kerroksen läpi n-kerrokseen johtokykymodulaatiolla, n-kerroksen vastus pienenee dramaattisesti.

Näin ollen IGBT tarjoaa alennetun kyllästysjännite (pienempi ON-vastus) verrattuna MOSFETiin, kun selviytyy suuresta virrasta, mikä mahdollistaa minimaaliset johtohäviöt.

Ottaen kuitenkin huomioon, että kun otetaan huomioon, että reikien lähtövirtausreitillä vähemmistön kantajien kertyminen sammutusjaksoihin, on kielletty erityisen IGBT-rakenteen vuoksi.

Tästä tilanteesta syntyy ilmiö, joka tunnetaan nimellä hännän virta , jolloin sammuttamista hidastetaan. Kun hännän virta kehittyy, kytkentäjakso viivästyy ja viivästyy enemmän kuin MOSFETin ajanjakso, mikä lisää kytkentäaikahäviöitä IGBT-sammutusjaksojen aikana.

Absoluuttinen enimmäisarvo

Absoluuttiset maksimimääritykset ovat arvoja, jotka on tarkoitettu takaamaan IGBT: n turvallinen ja moitteeton käyttö.

Näiden määritettyjen absoluuttisten maksimiarvojen ylittäminen jopa hetkellisesti voi johtaa laitteen tuhoutumiseen tai rikkoutumiseen, joten muista työskennellä IGBT-laitteiden kanssa alle sallittujen enimmäisarvojen sisällä, kuten alla ehdotetaan.

Sovelluksen oivallukset

Vaikka suositellut käyttöparametrit, kuten käyttölämpötila / virta / jännite jne., Pidetään absoluuttisten maksimiarvojen rajoissa, siinä tapauksessa, että IGBT altistuu usein liialliselle kuormitukselle (äärimmäinen lämpötila, suuri virta / jännitesyöttö, äärimmäiset lämpötilan vaihtelut jne.), laitteen kestävyys voi kärsiä vakavasti.

Sähköiset ominaisuudet

Seuraava tieto kertoo meille IGBT: n erilaisista terminologioista ja parametreista, joita tavallisesti käytetään IGBT: n toiminnan selittämiseen ja ymmärtämiseen yksityiskohtaisesti.

Kerääjän virta, keräimen haihtuminen : Kuvio 3 esittää IGBT RBN40H125S1FPQ: n kollektorin hajoamislämpötilan aaltomuodon. Keräimen suurin siedettävä häviö näytetään eri tapauslämpötiloissa.

Alla esitetty kaava soveltuu tilanteisiin, joissa ympäristön lämpötila TC = 25 astetta tai enemmän.

Pc = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c)

Tiloissa, joissa ympäristön lämpötila TC on = 25 ℃ tai alhaisempi, IGBT-keräilijän hajaantumista käytetään niiden absoluuttisen maksimiarvon mukaisesti.

Kaava IGBT: n kollektorivirran laskemiseksi on:

Ic = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c) × VCE (sat)

Edellä oleva on kuitenkin yleinen kaava, on yksinkertaisesti laitteen lämpötilasta riippuva laskenta.

IGBT: n keräysvirta määräytyy niiden keräilijän / emitterin kyllästysjännitteen VCE (sat) mukaan ja myös niiden virta- ja lämpötilaolosuhteiden mukaan.

Lisäksi IGBT: n kollektorivirta (huippu) määräytyy sen käsittelemän virran määrän perusteella, joka puolestaan ​​riippuu asennustavasta ja sen luotettavuudesta.

Tästä syystä käyttäjiä kehotetaan koskaan ylittämään IGBT-levyjen sallittua enimmäisrajaa käyttäessään niitä tietyssä piirisovelluksessa.

Toisaalta vaikka kollektorivirta voi olla pienempi kuin laitteen suurin sallittu arvo, sitä voi rajoittaa yksikön liitoslämpötila tai turvallinen käyttöalue.

Siksi varmista, että otat nämä skenaariot huomioon, kun otat käyttöön IGBT: tä. Sekä parametrit, kollektorivirta että kollektorin häviö on yleensä merkitty laitteen maksimiarvoiksi.

Turvallinen toiminta-alue

IGBT: n SOA koostuu eteenpäin suuntautuvasta SOA: sta ja käänteisestä puolueellisesta SOA: sta, mutta koska tietty arvoalue voi vaihdella laitetietojen mukaan, käyttäjiä kehotetaan tarkistamaan tosiseikat vastaava tietolomakkeessa.

Eteenpäin suuntautuva turvallinen käyttöalue

Kuva 5 havainnollistaa IGBT RBN50H65T1FPQ: n eteenpäin suuntautuvan bias-turvallisen käyttöalueen (FBSOA).

SOA on jaettu 4 alueeseen erityisten rajoitusten mukaan, kuten alla on esitetty:

• Korkeimman mitoitetun kollektoripulssivirran IC (huippu) rajoittama alue.
• Keräimen häviöalueen rajoittama alue
• Toissijaisen erittelyn rajoittama alue. Muista, että tällainen toimintahäiriö saa IGBT: n turvallisen käyttöalueen kapenemaan, paitsi kun laitteessa on toissijainen rikkoutumismarginaali.
• Alue, jonka enimmäiskeräin on rajoittanut lähettimen jännitteeseen, VCES-luokitus

Käänteinen esijännitys turvallinen käyttöalue

Kuvassa 6 on esitetty IGBT RBN50H65T1FPQ: n käänteisen esijännityksen turvallinen toiminta-alue (RBSOA).

Tämä erityinen ominaisuus toimii bipolaarisen transistorin käänteisen esijännityksen SOA: n mukaisesti.

Aina kun käänteinen esijännitys, joka ei sisällä esijännitettä, syötetään portin ja IGBT: n emitterin poiskytkentäjakson aikana induktiiviselle kuormitukselle, havaitaan, että korkea jännite toimitetaan IGBT: n kerääjä-emitterille.

Samanaikaisesti suuri virta liikkuu jatkuvasti jäännösreiän seurauksena.

Tästä huolimatta tässä toiminnassa ei voida käyttää eteenpäin suuntautuvaa SOA: ta, kun taas käänteistä puolueellisuutta SOA: ta voidaan käyttää.

Käänteinen esijännitys SOA on jaettu kahteen rajoitettuun alueeseen, kuten seuraavissa kohdissa selitetään, lopulta alue perustetaan validoimalla IGBT: n todelliset toiminnalliset menettelyt.

1. Suurimman kollektorivirran Ic (huippu) rajoittama alue.
2. Alue, jota keräin-emitteri-jännitteen enimmäisjänniteluokka VCES rajoittaa. Huomaa, että IGBT voi vahingoittua, jos määritetty VCEIC-toimintatie poikkeaa laitteen SOA-spesifikaatioista.

Siten, samalla kun suunnittelet IGBT-pohjaista piiriä , on varmistettava, että hajaantuminen ja muut suorituskykykysymykset ovat suositeltujen rajojen mukaisia, ja on myös huolehdittava rikkoutumistoleranssin kannalta merkityksellisistä erityispiirteistä ja piirin rikkoutumisvakioista.

Esimerkiksi käänteisellä esijännitteellä SOA: lla on lämpötilaominaisuus, joka laskee äärimmäisissä lämpötiloissa, ja VCE / IC: n toimintapaikka siirtyy IGBT: n portin vastuksen Rg ja portin jännitteen VGE mukaisesti.

Siksi on elintärkeää määrittää Rg- ja VGE-parametrit suhteessa toimivaan ekosysteemiin ja pienimpään portin vastusarvoon sammutusjaksojen aikana.

Lisäksi snubber-piiri voi olla hyödyllinen ohjaamaan dv / dt VCE: tä.

Staattiset ominaisuudet

Kuva 7 osoittaa IGBT RBN40H125S1FPQ: n lähtöominaisuudet. Kuva edustaa kollektori-emitterijännitettä, kun kollektorivirta kulkee satunnaisen hilajännitetilanteen sisällä.

Keräin-emitterijännite, joka vaikuttaa nykyiseen käsittelytehoon ja häviöön virran ollessa päällä, vaihtelee portin jännitteen ja kehon lämpötilan mukaan.

Kaikki nämä parametrit on otettava huomioon suunniteltaessa IGBT-ohjainpiiriä.

Virta nousee aina, kun VCE saavuttaa arvot 0,7 - 0,8 V, vaikka tämä johtuisi PN-keräin-emitteri-PN-liitoksen lähtöjännitteestä.

Kuvassa 8 on esitetty IGBt RBN40H125S1FPQ: n kollektori-emitterikyllästysjännite vs. hilajännitteen ominaisuudet.

Pohjimmiltaan VCE (sat) alkaa pudota, kun portti-emitterijännite VGE nousee, vaikka muutos on nimellinen, kun VGE = 15 V tai suurempi. Siksi on suositeltavaa työskennellä portin / emitterin jännitteen VGE kanssa, joka on noin 15 V, aina kun mahdollista.

Kuvassa 9 on esitetty IGBT RBN40H125S1FPQ: n kollektorivirta vs. hilajännitteen ominaisuudet.

IC / VGE-ominaisuudet perustuvat lämpötilan muutoksiin, mutta matalan porttijännitteen alue leikkauspistettä kohti on yleensä negatiivinen lämpötilakerroin, kun taas korkean hila-jännitteen alue merkitsee positiivisia lämpötilakertoimia.

Ottaen huomioon, että teho IGBT: t tuottavat lämpöä käytön aikana, on itse asiassa edullisempaa kiinnittää huomiota positiiviseen lämpötilakerroinalueeseen erityisesti kun laitteita käytetään rinnakkain .

suositeltava porttijännite kun käytetään VGE = 15V on positiiviset lämpötilaominaisuudet.

Kuviot 10 ja 11 osoittavat, kuinka kollektori-emitteri-kyllästysjännitteen suorituskyky yhdessä portin kynnysjännitteen kanssa
IGBT: n lämpötilat riippuvat lämpötilasta.

Koska kollektori-emitterikyllästysjännitteellä on positiiviset lämpötilakerroinominaisuudet, virran kulkeminen ei ole helppoa, kun IGBT-toiminta hajottaa suurta lämpötilamäärää, mikä on vastuussa tehollisen virran estämisestä IGBT-rinnakkaiskäytön aikana.

Päinvastoin, portti-emitteri-kynnysjännitteen toiminta perustuu negatiivisiin lämpötilaominaisuuksiin.

Suuren lämmöntuoton aikana kynnysjännite putoaa alaspäin, aiheuttaen suuremman mahdollisuuden laitteen toimintahäiriöihin melun syntymisen seurauksena.

Siksi tietoinen testaus, joka keskittyy yllä mainittujen ominaisuuksien ympärille, voi olla ratkaisevan tärkeää.

Portin kapasitanssin ominaisuudet

Latauksen ominaisuudet: Kuvassa 12 on esitetty jarruisen IGBT-laitteen hila-latausominaisuudet.

IGBT-portin ominaisuudet ovat pääosin samojen periaatteiden mukaisia, joita sovelletaan teho-MOSFET-laitteisiin, ja ne tarjoavat muuttujina, jotka päättävät laitteen taajuusmuuttajan virran ja taajuusmuuttajan hajaantumisen.

Kuvassa 13 on ominaiskäyrä, joka on jaettu jaksoihin 1-3.
Kutakin jaksoa koskevat työskentelyohjeet selitetään alla.

Jakso 1: Portin jännite nostetaan kynnysjännitteeseen, jossa virta alkaa vain virrata.

Kohdasta VGE = 0V nouseva osa on osa, joka vastaa portti-emitterikapasitanssin Cge lataamisesta.

Jakso 2: Vaikka siirtyminen aktiiviselta alueelta kyllästysalueelle tapahtuu, kollektori-emitterijännite alkaa muuttua ja portti-kollektorin kapasitanssi Cgc latautuu.

Tämän tietyn ajanjakson aikana kapasitanssi kasvaa huomattavasti peilivaikutuksen takia, mikä saa VGE: n muuttumaan vakiona.

Toisaalta, kun IGBT on kokonaan ON-tilassa, jännite muuttuu kollektorisäteilijässä (VCE) ja peilivaikutus häviävät.

Jakso 3: Tänä ajanjaksona IGBT joutuu täysin kyllästettyyn tilaan eikä VCE näytä muutoksia. Nyt portti-emitterijännite VGE alkaa kasvaa ajan myötä.

Kuinka portin käyttövirta määritetään

IGBT-portin käyttövirta riippuu sisäisen porttisarjan vastuksesta Rg, ohjainpiirin signaalilähteen vastuksesta Rs, laitteen sisäisestä vastuksesta muodostuvasta rg-elementistä ja käyttöjännitteestä VGE (ON).

Gate-käyttövirta lasketaan seuraavan kaavan avulla.

IG (huippu) = VGE (päällä) / Rg + Rs + rg

Yllä oleva huomioon ottaen IGBT-ohjaimen lähtöpiiri tulisi luoda siten, että nykyinen käyttöpotentiaali on yhtä suuri tai suurempi kuin IG (huippu).

Tyypillisesti huippuvirta sattuu olemaan pienempi kuin kaavalla määritetty arvo johtuen ohjainpiirin viiveestä ja myös hilavirran dIG / dt-nousun viiveestä.

Näitä voi tapahtua esimerkiksi johdotuksen induktanssin takia käyttöpiiristä IGBT-laitteen portin liitäntäpisteeseen.

Lisäksi kytkentäominaisuudet kullekin käynnistymiselle ja sammumiselle voivat olla suuresti riippuvaisia ​​Rg: stä.

Tämä voi lopulta vaikuttaa vaihtoaikaan ja vaihtovajeisiin. On ratkaisevan tärkeää valita sopiva Rg laitteen ominaisuuksien suhteen.

Ajohäviön laskenta

IGBT-ohjainpiirissä esiintyvät häviöt voidaan kuvata alla olevan kaavan avulla, jos yllä mainitut vastuskertoimet absorboivat kaikki ohjainpiiristä syntyneet häviöt. ( f osoittaa kytkentätaajuuden).

P (ajon menetys) = VGE (päällä) × Qg × f

Vaihto-ominaisuudet

Ottaen huomioon, että IGBT on kytkentäkomponentti, sen kytkeminen päälle, katkaisunopeus on yksi tärkeimmistä tekijöistä, jotka vaikuttavat sen toimintatehokkuuteen (menetys).

Kuvassa 16 on esitetty piiri, jota voidaan käyttää mittaamaan IGBT: n induktanssikuormituksen kytkentä.

Koska diodipidike on kiinnitetty rinnakkain induktiivisen kuorman L kanssa, IGBT-virran kytkemisen viive (tai käynnistyshäviö) kärsii yleensä diodin palautumisaikaominaisuuksista.

Vaihtoaika

Kuvassa 17 esitetty IGBT: n kytkentäaika voidaan luokitella 4 mittausjaksoon.

Koska aika muuttuu dramaattisesti jokaisen jakson osalta suhteessa Tj-, IC-, VCE-, VGE- ja Rg-tilanteisiin, tämä jakso arvioidaan seuraavilla hahmoteltuilla ehdoilla.

• td (päällä) (käynnistysviive) : Ajankohta, josta portti-emitterijännite ulottuu 10%: iin eteenpäin suuntautuvasta esijännitteestä tasolle, kunnes kollektorivirta kasvaa 10%: iin.
• tr (nousuaika) : Ajankohta, josta kollektorivirta kasvaa 10 prosentista 90 prosenttiin.
• td (pois päältä) (sammutusviive) : Ajankohta, josta portti-emitterijännite saavuttaa 90% eteenpäin suuntautuvasta jännitteestä tasolle, kunnes kollektorivirta laskee 90%: iin.
• tf (putoamisaika) : Ajankohta, josta kollektorivirta laskee 90%: sta 10%: iin.
• pyrstö (hännän aika) : IGBT: n sammutusjakso koostuu hännän ajasta. Tämä voidaan määritellä ajanjaksoksi, jonka IGBT: n keräyspuolen ylijäämät kuljettavat jäljellä rekombinaation kautta huolimatta siitä, että IGBT suljettiin ja kollektori-emitterijännite kasvoi.

Sisäänrakennetut diodiominaisuudet

Toisin kuin teho-MOSFETit, IGBT ei sisällä loisdiodia .

Tämän seurauksena integroitua IGBT: tä, johon kuuluu esiasennettu Fast Recovery Diode (FRD) -siru, käytetään induktanssivarausohjaukseen moottoreissa ja identtisissä sovelluksissa.

Tämän tyyppisissä laitteissa sekä IGBT: n että esiasennetun diodin työskentelytehokkuus vaikuttaa merkittävästi laitteiden työskentelytehokkuuteen ja meluhäiriöiden syntymiseen.

Lisäksi käänteinen palautus ja lähtöjännite ovat tärkeitä parametreja, jotka liittyvät sisäänrakennettuun diodiin.

Sisäänrakennetut diodin palautusominaisuudet

Keskittyneet vähemmistökantajat purkautuvat kytkentätilan aikana juuri silloin, kun eteenpäin suuntautuva virta kulkee diodin läpi, kunnes päinvastaisen elementin tila saavutetaan.

Aika, joka tarvitaan näiden vähemmistöoperaattoreiden vapauttamiseen kokonaan, tunnetaan käänteisenä palautumisaikana (trr).

Koko tämän ajan mukana olevaa toimintavirtaa kutsutaan käänteiseksi palautumisvirraksi (Irr), ja näiden kahden aikavälin integraaliarvo tunnetaan käänteisenä palautusmaksuna (Qrr).

Qrr = 1/2 (Irr x trr)

Ottaen huomioon, että trr-ajanjakso on vastaavasti oikosuljettu, siihen liittyy valtava menetys.

Lisäksi se rajoittaa taajuutta koko kytkentäprosessin ajan. Kaiken kaikkiaan nopeaa trr: tä ja pelkistettyä Irr: ää (Qrris pieni) pidetään optimaalisena.

Nämä ominaisuudet riippuvat suuresti IGBT: n eteenpäin suuntautuvasta esijännitevirrasta IF, diF / dt ja liitoksen lämpötilasta Tj.

Toisaalta, jos trr nopeutuu, di / dt johtaa jyrkemmin palautumisjakson ympäri, kuten tapahtuu vastaavan kollektori-emitterijännitteen dv / dt kanssa, mikä lisää melunmuodostustaipumusta.

Seuraavassa on esimerkkejä, jotka tarjoavat tapoja melun muodostumista vastaan.

1. Pienennä diF / dt (lyhennä IGBT: n kytkentäaikaa).
2. Sisällytä snubber-kondensaattori laitteen kerääjän ja emitterin poikki keräin-emitterijännitteen minimoimiseksi dv / dt.
3. Korvaa sisäänrakennettu diodi pehmeällä palautusdiodilla.

Palautusominaisuus riippuu merkittävästi laitteen jännitteen / virran toleranssikapasiteetista.

Tätä ominaisuutta voitaisiin parantaa käyttöiän hallinnan, mojovan metallisen diffuusion ja monien muiden tekniikoiden avulla.

Sisäänrakennetut diodin etujännitteen ominaisuudet

Kuvassa 19 esitetään tavallisen IGBT: n sisäänrakennetun diodin lähtöominaisuudet.

Diodin eteenpäin suuntautuva jännite VF tarkoittaa jännitteen laskua, kun diodin läpi kulkeva virta IF kulkee diodin eteenpäin suuntautuvan jännitteen pudotuksen suuntaan.

Koska tämä ominaisuus voi johtaa tehohäviöön taaksepäin tapahtuvan EMF-generaation aikana (vapaapyörädiodi) moottori- tai induktiivisissa sovelluksissa, suositellaan pienemmän VF: n valitsemista.

Lisäksi, kuten kuviossa 19 on esitetty, positiivisen ja negatiivisen lämpötilakerroinominaisuudet määrää diodin eteenpäin suuntautuva virran suuruus IF.

Lämmönkestävyysominaisuudet

Kuva 20 kuvaa IGBT: n resistanssiominaisuudet lämpötransienteille ja integroidulle diodille.

Tätä ominaisuutta käytetään määrittämään IGBT: n liitoslämpötila Tj. Vaakasuoran akselin yli esitetty pulssinleveys (PW) tarkoittaa kytkentäaikaa, joka määrittelee yksittäisen yhden iskun pulssin ja toistuvien toimintojen tulokset.

Esimerkiksi PW = 1 ms ja D = 0,2 (työjakso = 20%) tarkoittaa, että toistotaajuus on 200 Hz, koska toistojakso on T = 5 ms.

Jos kuvitellaan PW = 1ms ja D = 0,2 ja hajautusteho Pd = 60W, on mahdollista määrittää IGBT-liitoslämpötilan nousu ΔTj seuraavalla tavalla:
ΔTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0,17 = 10,2

Kuorman oikosulkuominaisuudet

Sovellukset, jotka vaativat silloitettuja IGBT-kytkentäpiirejä, kuten taajuusmuuttajat, oikosulun (ylivirran) suojapiiri tulee välttämättömäksi kestämään ja suojaamaan vahingoilta ajanjakson aikana, kunnes IGBT-portin jännite kytketään pois päältä, jopa yksikön lähtö oikosulussa .

Kuviot 21 ja 22 esittävät IGBT RBN40H125S1FPQ: n oikosulkulaakeriajan ja oikosulkuvirran käsittelykapasiteetin.

Tämä oikosulku, joka kestää IGBT: n kapasiteettia, ilmaistaan ​​yleisesti ajan tSC suhteen.

Tämä kestävä kyky määritetään pääasiassa IGBT: n portti-emitterijännitteen, kehon lämpötilan ja virtalähteen jännitteen perusteella.

Tätä on tarkasteltava suunniteltaessa kriittistä H-sillan IGBT-piirisuunnittelua.

Varmista lisäksi, että valitset optimaalisesti luokitellun IGBT-laitteen seuraavien parametrien suhteen.

1. Portti-emitterijännite VGE : Kun hilajännite kasvaa, myös oikosulkuvirta nousee ja laitteen nykyinen käsittelykapasiteetti vähenee.
2. Kotelon lämpötila : Kun IGBT: n kotelolämpötila ΔTj nousee, nykyinen kestokyky heikkenee, kunnes laite saavuttaa rikkoutumistilanteen. Virtalähteen jännite
3. VCC: Kun laitteen syöttöjännite kasvaa, myös oikosulkuvirta kasvaa, mikä aiheuttaa laitteen virrankestokyvyn heikkenemisen.

Lisäksi hetkessä, kun oikosulku- tai ylikuormitussuojapiiri havaitsee oikosulkuvirran ja sammuttaa hilajännitteen, oikosulkuvirta on todella uskomattoman suuri kuin IGBT: n vakiotoimintavirran suuruus.

Sammutusprosessin aikana tällä huomattavalla virralla käyttäen normaalia porttivastusta Rg, se saattaa aiheuttaa suuren ylijännitteen kehittymisen, joka ylittää IGBT-luokituksen.

Tästä syystä sinun on valittava asianmukaisesti oikosulkuolosuhteiden hoitamiseen sopiva IGBT-portin vastus, jonka vähintään 10 kertaa korkeampi kuin normaali portin vastusarvo (mutta pysyttävä edelleen eteenpäin suuntautuvan SOA-arvon sisällä).

Tämän tarkoituksena on torjua IGBT: n keräin-emitteriledojen ylijännitteen muodostuminen aikana, jolloin oikosulkuvirta katkaistaan.

Lisäksi oikosulun kestoaika tSC voi aiheuttaa ylijännitteen jakautumisen muille liitännäislaitteille.

On varmistettava, että riittävä marginaali on vähintään 2-kertainen normaaliin aikatauluun, joka tarvitaan oikosulkusuojapiirin toiminnan aloittamiseen.

Liitoksen suurin lämpötila Tjmax 175 ℃

Absoluuttinen maksimiarvo useimpien puolijohdelaitteiden liitoslämpötilalle Tj on 150 ℃, mutta Tjmax = 175 ℃ on asetettu uuden sukupolven laitteiden vaatimusten mukaiseksi, jotta se kestää korkeammat lämpötilamääritykset.
.
Taulukossa 3 on hyvä esimerkki testiolosuhteista IGBT RBN40H125S1FPQ: lle, joka on suunniteltu kestämään 175 ℃, kun sitä käytetään korkeassa lämpötilassa.

Tehokkaan toiminnan takaamiseksi lämpötilassa Tjmax = 175 ℃ monia standardinmukaisuuden testin parametreja 150 ℃: ssa oli parannettu ja toimintatarkastus suoritettu.

Tämän sanottuaan testialueet vaihtelevat laitteen ominaisuuksien suhteen.

Varmista, että olet vahvistanut käyttämäsi laitteen luotettavuustiedot lisätietojen saamiseksi.

Muista myös, että Tjmax-arvo ei ole pelkästään jatkuvan työskentelyn rajoitus, vaan myös määrittely asetukselle, jota ei pitäisi ylittää edes hetkeksi.

Turvallisuutta korkeiden lämpötilojen häviämistä vastaan, jopa hetkeksi IGBT: lle, ON / OFF-kytkennän aikana on ehdottomasti harkittava.

Varmista, että työskentelet IGBT: n kanssa ympäristössä, joka ei missään tapauksessa ylitä Tj = 175 ℃: n suurinta hajoamistapauksen lämpötilaa.

IGBT-tappiot

Johtohäviö: Vaikka induktiivista kuormitusta käytetään IGBT: n kautta, aiheutuneet tappiot luokitellaan periaatteessa johtokyvyn menetykseen ja kytkentähäviöön.

Häviötä, joka tapahtuu heti, kun IGBT on täysin kytketty päälle, kutsutaan johtohäviöksi, kun taas menetystä, joka tapahtuu IGBT: n vaihdon aikana ON-tilasta OFF-asentoon tai OFF-tilasta ON-tilaan, kutsutaan kytkentähäviöksi.

Tosiasiasta johtuen häviö riippuu jännitteen ja virran toteutumisesta, kuten alla olevassa kaavassa osoitetaan, häviö syntyy kollektori-emitterikyllästysjännitteen VCE (sat) vaikutuksesta, vaikka laite toimii.

VCE: n (sat) tulisi olla minimaalinen, koska menetys voi aiheuttaa lämmöntuotannon IGBT: ssä.
Häviö (P) = jännite (V) × virta (I)
Käynnistyshäviö: P (kytke päälle) = VCE (sat) × IC

Vaihtohäviö: Koska IGBT-menetys voi olla haastavaa arvioida käyttämällä kytkentäaikaa, asiaankuuluviin taulukoihin on sisällytetty vertailutaulukot, jotka auttavat piirisuunnittelijoita määrittämään kytkentähäviöt.

Alla olevassa kuvassa 24 on esitetty IGBT RBN40H125S1FPQ: n kytkentähäviöominaisuudet.

Keräilijän virta, portin vastus ja käyttölämpötila vaikuttavat voimakkaasti tekijöihin Eon ja Eoff.

Eon (Käynnistysenergiahäviö)

IGBT: n käynnistysprosessin aikana kehittynyt häviön määrä induktiiviselle kuormitukselle sekä palautumishäviö diodin käänteisessä palautuksessa.

Eon lasketaan siitä hetkestä, kun portin jännite syötetään IGBT: lle ja kollektorivirta alkaa liikkua, siihen ajankohtaan, jolloin IGBT siirtyy kokonaan kytkettyyn ON-tilaan

Eoff (sammuta energiahäviö

Se on induktiivisten kuormien sammutusjakson aikana aiheutuvan häviön suuruus, joka sisältää hännän virran.

Eoff mitataan siitä kohdasta, missä portin virta juuri katkaistaan ​​ja kollektori-emitterijännite alkaa kiivetä, siihen pisteeseen saakka, jolloin IGBT saavuttaa täydellisen pois päältä -tilan.

Yhteenveto

Eristetty-porttinen bipolaaritransistori (IGTB) on eräänlainen kolmipäätteinen tehopuolijohdelaite, jota käytetään periaatteessa elektronisena kytkimenä, ja sen tunnetaan myös tarjoavan erittäin nopean kytkennän ja korkean hyötysuhteen yhdistelmän uudemmissa laitteissa.

IGBT: t suuritehoisille sovelluksille

Erilaisissa moderneissa laitteissa, kuten VFD (Vaiable Frequency Drives), VSF (vaihtuvanopeuksiset jääkaapit), junat, stereojärjestelmät kytkentävahvistimilla, sähköautot ja ilmastointilaitteet käyttävät eristetyn portin bipolaarista transistoria sähkövirran kytkemiseen.

IGBT-tyhjennystilan symboli

Siinä tapauksessa, että vahvistimet käyttävät eristettyä porttia sisältävää kaksisuuntaista transistoria, syntetisoidaan usein aaltomuotoja, jotka ovat luonteeltaan monimutkaisia, yhdessä alipäästösuodattimien ja pulssinleveyden moduloinnin kanssa, koska eristetyn portin kaksisuuntainen transistori on periaatteessa suunniteltu käynnistymään ja sammuttamaan nopeasti ja nopeasti.

Pulssitoistotaajuuksilla on ylpeys nykyaikaisilla laitteilla, jotka koostuvat kytkentäsovelluksesta ja kuuluvat hyvin ultraääni-alueelle, jotka ovat kymmenen kertaa korkeammat kuin laitteen käsittelemä korkein äänitaajuus, kun laitteita käytetään analoginen vahvistin.

MOSFETit, jotka koostuvat suuresta virrasta ja yksinkertaisen porttikäytön ominaisuuksista, yhdistetään bipolaarisiin transistoreihin, joiden IGTB: n kapasiteetti on matala.

IGBT: t ovat BJT: n ja Mosfetin yhdistelmä

IGBT valmistaa yhden laitteen yhdistämällä kytkimenä toimivan bipolaarisen tehotransistorin ja ohjaustulona toimivan eristetyn portin FET.

Eristettyä porttia sisältävää kaksisuuntaista transistoria (IGTB) käytetään pääasiassa sovelluksissa, jotka koostuvat useista laitteista, jotka on sijoitettu rinnakkain toistensa kanssa ja joilla on useimmiten kyky käsitellä erittäin suurta virtaa, joka on satojen ampeerien alueella. 6000 V: n estojännite, joka puolestaan ​​on yhtä suuri kuin satoja kilowattia, käyttää keskitasoa suurta tehoa, kuten induktiolämmitystä, kytkentäisen virtalähteen ja vetomoottorin ohjausta. Eristetyt portti bipolaaritransistorit, jotka ovat kooltaan suuria.

IGBT: t ovat edistyneimmät transistorit

Eristetty portti bipolaaritransistori (IGTB) on tuon ajan uusi ja uusi keksintö.

Ensimmäisen sukupolven laitteilla, jotka keksittiin ja lanseerattiin 1980-luvulla ja 1990-luvun alkuvuosina, havaittiin olevan hidas kytkentäprosessi ja ne ovat alttiita vikaantumiselle erilaisissa tiloissa, kuten salpa (jossa laite kytketään edelleen päälle eikä kytkeydy päälle) pois päältä, kunnes virta kulkee jatkuvasti laitteen läpi), ja toissijainen hajoaminen (jossa kun korkea virta kulkee laitteen läpi, laitteessa oleva paikallinen hotspot menee lämpövaralle ja sen seurauksena polttaa laitteen).

Toisen sukupolven laitteissa havaittiin paljon parannuksia ja lohkossa eniten uusia laitteita, kolmannen sukupolven laitteita pidetään jopa parempina kuin ensimmäisen hinauksen sukupolven laitteita.

Uudet Mosfets kilpailevat IGBT: n kanssa

Kolmannen sukupolven laitteet koostuvat MOSFET-laitteista, jotka kilpailevat nopeudella ja toleranssilla ja kestävyydellä erinomaisella tasolla.

Toisen ja kolmannen sukupolven laitteet koostuvat erittäin korkeista pulssin luokituksista, mikä tekee niistä erittäin hyödyllisiä suurten tehopulssien tuottamiseksi eri alueilla, kuten plasman fysiikassa ja hiukkasissa.

Siten toisen ja kolmannen sukupolven laitteet ovat korvanneet enimmäkseen kaikki vanhemmat laitteet, kuten laukaistut kipinävälit ja tyratronit, joita käytetään näillä plasmafysiikan ja hiukkasten alueilla.

Nämä laitteet houkuttelevat myös suurjännitteen harrastajia, koska niillä on korkeat pulssiluokitukset ja saatavuus markkinoilla alhaisin hinnoin.

Tämä antaa harrastajalle mahdollisuuden hallita valtavia määriä voimaa ajaakseen laitteita, kuten kelakumia ja Tesla-keloja.

Eristettyjä portteja sisältäviä bipolaaritransistoreita on saatavana edulliseen hintaluokkaan ja ne toimivat siten tärkeänä mahdollistavana tekijänä hybridiautoille ja sähköajoneuvoille.

Kohteliaisuus: Renesas