Что такое IGBT?

Что такое IGBT?

IGBT — это биполярный транзистор с изолированным затвором. Название сокращается до IGBT.

Эквивалентную схему можно рассматривать как конфигурацию составной транзисторной схемы с N-канальным МОП-транзистором на входе и биполярным транзистором PNP-типа на выходе. С другой стороны, поскольку можно сказать, что структура имеет МОП-транзистор в базе секции биполярного транзистора, она может генерировать очень большой выходной ток при малом токе.

Это высокопроизводительный полупроводник с более высоким пробивным напряжением и меньшими потерями, чем у MOSFET, который служит в качестве основы. IGBT был разработан в Японии в 1980-х годах, и его структура в то время называлась типом punch-through.

В последние годы, по мере развития процессов обработки пластин, устройства IGBT стали меньше и дешевле, и теперь производятся устройства IGBT без пробивки и с остановкой поля.

Применение IGBT

IGBT обычно используются в приводах с переменной скоростью и преобразователях мощности из-за их высокой скорости в условиях высокой мощности.

Они также широко используются в инверторных схемах для индукционных варочных панелей, стиральных машин и кондиционеров, а также в управлении питанием крупной бытовой техники, такой как принтеры. С недавней тенденцией к энергосбережению использование IGBT, которые могут снизить потери мощности, еще больше расширяется.

Принцип IGBT

IGBT имеют структуру MOSFET на входе и биполярного транзистора на выходе, как объяснялось в начале этой статьи, и обладают характеристиками, которые являются комбинацией особенностей каждого из них.

Из-за двух типов носителей его скорость переключения ниже, чем у MOSFET, но выше, чем у биполярного транзистора, а его выдерживаемое напряжение выше, чем у MOSFET. Когда напряжение подается с затвора, который является входной частью терминала, ток течет из MOSFET и проводит к полупроводнику P-типа, который, в свою очередь, усиливает небольшое количество тока, что является природой биполярных транзисторов, позволяя большому току течь между эмиттером и коллектором.

Кроме того, модуляция проводимости происходит как в биполярном транзисторе, так что сопротивление в открытом состоянии может быть снижено, а плотность тока может быть увеличена. Поскольку между коллектором и эмиттером происходит постоянное падение напряжения, потери могут быть ниже, чем у MOSFET, когда ток высок.

Другая информация о IGBT

1. О схемах инверторов, использующих IGBT

Инверторная схема — это схема преобразования постоянного тока в переменный, используемая в паре со схемой преобразователя переменного тока в постоянный. В этой инверторной схеме используются IGBT для вывода переменного тока с различным напряжением и частотой.

IGBT переключаются для регулировки интервала включения/выключения и ширины импульса. Генерируя и формируя различные импульсные волны, импульсная волна приближается к синусоидальной. Это называется широтно-импульсной модуляцией, и здесь часто используются IGBT.

Функции бытовой техники контролируются путем изменения скорости двигателя посредством преобразования частоты с помощью широтно-импульсной модуляции. IGBT широко используются в бытовой технике, такой как кондиционеры, холодильники, промышленные двигатели и компьютерные блоки питания.

2. Разница между IGBT и MOSFET

IGBT часто описывают как комбинацию MOSFET и BJT (биполярных транзисторов с переходом), но у них есть некоторые недостатки по сравнению с MOSFET. IGBT имеют растущее напряжение, которое имеет смещение из-за их конфигурации, особенно в диапазоне низких токов. В целом, устройства MOSFET имеют более низкие Vds, чем IGBT, особенно в диапазоне низких токов.

IGBT в основном ориентированы на диапазон средних и высоких токов, поэтому они демонстрируют меньшее сопротивление в открытом состоянии, чем MOSFET в этом диапазоне. Тем не менее, для приложений, где эффективность в диапазоне низкой мощности имеет важное значение, MOSFET имеют лучшие характеристики. = 2 В, MOSFET превосходят по эффективности, в то время как IGBT превосходят при более высоких напряжениях.

3. О модулях IGBT

IGBT являются сложными устройствами, и требуется много усилий, чтобы собрать их так, чтобы их работа могла контролироваться с нуля. Поэтому модули IGBT, которые объединяют обработку сигнала, усиление, схемы защиты, паразитные диоды и другие компоненты части управления в составной модуль, широко коммерциализируются.

Поскольку IGBT являются транзисторами, которые склонны к поломке, если их SOA (Safety Operation Area) или абсолютные максимальные значения превышены, некоторые из них имеют встроенные схемы защиты. IGBT были разработаны для достижения как выдерживаемого напряжения, так и скорости переключения и были улучшены за эти годы. В этой области силовых устройств недавно начали внедряться силовые полупроводниковые приборы, использующие новые составные полупроводниковые материалы, такие как SiC и GaN.

Эти силовые полупроводниковые приборы следующего поколения обеспечивают более быстрые операции переключения, чем IGBT, и имеют превосходные напряжения пробоя, поэтому исследования и разработки этих устройств в последние годы становятся все более активными. Однако все еще есть вопросы, которые необходимо прояснить, такие как стоимость и поставка, и не ожидается, что они заменят весь текущий рынок IGBT.