IGBT'ler modern güç elektroniğinin ana bileşenleridir

Bir IGBT transistörü (İngiliz Yalıtımlı geçit iki kutuplu transistörünün kısaltması) veya yalıtımlı bir geçit iki kutuplu transistörü (kısaltılmış IGBT), bir güç bipolar transistörünü ve bir muhafaza içinde kontrol eden bir alan etkili transistörü bir araya getiren üç uçlu bir yarı iletken cihazdır.

IGBT transistörleri bugün güç elektroniğinin (güçlü invertörler, anahtarlama güç kaynakları, frekans dönüştürücüler, vb.) Ana bileşenleridir, burada onlarca ve yüzlerce kilohertz olarak ölçülen frekanslarda akımları değiştiren güçlü elektronik anahtarlar olarak hizmet ederler. Bu tip transistörler hem ayrı bileşenler şeklinde hem de üç fazlı devreleri kontrol etmek için özel güç modülleri (montajlar) şeklinde üretilir.

IGBT transistörün aynı anda iki tip transistör (basamaklı) içermesi, iki teknolojinin avantajlarını bir yarı iletken cihazda birleştirmenizi sağlar.

Güç transistörü olarak iki kutuplu bir transistör, daha büyük bir çalışma voltajı elde etmenizi sağlarken, açık durumdaki kanal direnci, akımın karesi yerine birinci derecedeki akımla orantılıdır. geleneksel alan etkili transistörler. Ve kontrol transistörü olarak kullanılan alan etkili transistör olması, tuş kontrolü için güç tüketimini en aza indirir.

 

Elektrotların isimleri IGBT transistörünün yapısını karakterize eder: kontrol elektrotuna kapı (alan etkili bir transistör gibi) denir ve güç kanalının elektrotlarına toplayıcı ve yayıcı (bipolar transistör gibi) denir.

Biraz tarih

Tarihsel olarak, bipolar transistörler eşit bir temelde kullanılmıştır. tristörler ile 90'lara kadar güç elektronik anahtarları olarak. Ancak bipolar transistörlerin dezavantajları her zaman açıktı: büyük bir taban akımı, kristalin yavaş kapanması ve aşırı ısınması, ana parametrelerin güçlü bir sıcaklık bağımlılığı ve sınırlı bir toplayıcı-emici doygunluk voltajı.

Daha sonra ortaya çıkan alan etkili transistörler (MOS yapıları) hemen daha iyi için durumu değiştirdi: voltaj kontrolü artık böyle büyük akımlar gerektirmiyor, anahtarın parametreleri sıcaklığa zayıf bir şekilde bağlı, transistörün çalışma voltajı aşağıdan sınırlı değil, açık kanaldaki güç kanalının düşük direnci çalışma akımları aralığını genişletiyor, anahtarlama frekansı yüzlerce kilohertz'e kolayca ulaşabilir, ek olarak alan etkili transistörlerin yüksek çalışma voltajlarında güçlü dinamik yüklere dayanma kabiliyeti dikkat çekicidir.

Bir alan etkisi transistörünün kontrolü, bipolar olandan çok daha basit ve daha güçlü olduğundan, içeride kısıtlayıcı olanı vardır. diyot, - alan etkili transistörler, yüksek frekanslı anahtarlama voltaj dönüştürücülerinin yanı sıra D Sınıfı akustik yükselteçlerde de popülerlik kazanmıştır.

Vladimir Dyakonov

İlk güç alanı etki transistörü 1973 yılında Viktor Bachurin tarafından Sovyetler Birliği'nde geliştirildi, daha sonra bilim adamı Vladimir Dyakonov'un gözetiminde araştırıldı. Dyakonov grubunun bir güç alan etkisi transistörünün anahtar özellikleri ile ilgili araştırmaları, 1977'de içinde bir bipolar transistörün yalıtımlı bir kapıya sahip bir alan etkili anahtarla kontrol edildiği bir kompozit transistör anahtarının geliştirilmesine yol açtı.

Bilim adamları, güç ünitesinin mevcut özellikleri bir bipolar transistör tarafından belirlendiğinde ve kontrol parametreleri bir alan tarafından belirlendiğinde, bu yaklaşımın etkinliğini göstermiştir. Ayrıca, bipolar transistörün doygunluğu ortadan kalkar, yani kapatıldığında gecikme azalır. Bu, herhangi bir güç anahtarının önemli bir avantajıdır.

Sovyet bilim adamları yeni tipte bir yarı iletken cihazda 757051 sayılı “Pobistor” telif hakkı belgesini aldılar. Bu, bir yuvada güçlü bir bipolar transistör içeren, üstte yalıtımlı bir kapıya sahip bir kontrol alanı etkili transistör olan ilk yapıydı.

Endüstriyel uygulamaya gelince, 1983 yılında Intarnational Rectifier ilk IGBT transistörün patentini aldı. Ve iki yıl sonra, düz bir yapıya ve daha yüksek çalışma voltajına sahip bir IGBT transistör geliştirildi. Bu, aynı anda iki şirketin - General Electric ve RCA'nın laboratuvarlarında yapıldı.

Yalıtılmış geçitli bipolar transistörlerin ilk versiyonlarının büyük bir dezavantajı vardı - yavaş geçiş. IGBT adı, ikinci ve üçüncü nesil IGBT transistörlerinin yaratıldığı 90'lı yıllarda kabul edildi. Sonra bu eksiklikler ortadan kalktı.

IGBT'lerin Ayırt Edici Faydaları

Geleneksel alan etkili transistörlere kıyasla, IGBT'ler giriş kontrolünde daha yüksek giriş empedansına ve daha düşük güce sahiptir.

Bipolar transistörlerin aksine, açıkken daha düşük bir kalıntı voltaj vardır. Yüksek çalışma gerilimlerinde ve akımlarında bile açık durumdaki kayıplar oldukça küçüktür. Bu durumda, iletkenlik bipolar bir transistörünkine benzer ve anahtar voltaj ile kontrol edilir.

En yaygın olarak kullanılan modeller için çalışma voltajı toplayıcı yayıcısı aralığı onlarca volttan 1200 veya daha fazla volta kadar değişir, akımlar 1000 veya daha fazla ampere ulaşabilir. Yüzlerce ve binlerce volt için gerilim ve yüzlerce amperlik akımlar için montajlar vardır.

Alan etkili transistörlerin 500 volta kadar çalışma gerilimleri için daha uygun olduğuna ve IGBT transistörlerin 500 volttan büyük voltajlar ve 10 amperden büyük akımlar için uygun olduğuna inanılmaktadır, çünkü açık durumda düşük kanal direnci düşük voltajlarda son derece önemlidir.

IGBT Transistörler

IGBT transistörlerin ana uygulaması, yüksek voltaj ve önemli güç olan invertörler, anahtarlama voltaj dönüştürücüler ve frekans dönüştürücülerde (örneğin, yarım köprü modülü SKM 300GB063D, 400A, 600V) bulunur.

Kaynak invertörleri - IGBT transistörlerin ayrı bir önemli uygulama alanı: yüksek akım, 5 kW'tan fazla güç ve 50 kHz'e kadar frekanslar (IRG4PC50UD - türün klasiği, 27A, 600V, 40 kHz'e kadar).

IGBT, kentsel elektrikli taşımacılıktan vazgeçilemez: tristörler ile çekiş motorları, IGBT'den daha düşük verimlilik gösterir, ayrıca IGBT, daha yüksek bir hızda bile daha yumuşak bir sürüş ve rejeneratif fren sistemleri ile iyi bir kombinasyon elde eder.

Yüksek voltajlarda (1000 V'tan fazla) geçiş yapmanız veya değişken frekanslı bir sürücüyü (20 kHz'e kadar frekanslar) kontrol etmeniz gerektiğinde IGBT'den daha iyi bir şey yoktur.

Bazı devrelerde, kabloları benzer olduğu ve kontrol prensipleri aynı olduğu için IGBT ve MOSFET transistörleri tamamen değiştirilebilir. Bu ve diğer durumda kapılar, bu tür herhangi bir devreye monte edilen sürücünün kolayca idare edebileceği ve yeterli kontrol sağlayabildiği bir şarj tutma şarjı ile nanofarad birimlerine kadar bir kapasiteyi temsil eder.

Ayrıca bakınız:Güç MOSFET ve IGBT transistörleri, uygulamalarının farklılıkları ve özellikleri