Что такое модуль IGBT?

Что такое модуль IGBT?

Модуль IGBT представляет собой высокоинтегрированный модуль, объединяющий несколько IGBT (биполярных транзисторов с изолированным затвором) в один модуль.

IGBT были изобретены в Японии в конце периода Сёва (1926-1989) путем объединения преимуществ традиционно используемого биполярного транзистора с управлением током базы и полевого транзистора с управлением напряжением затвора (FET), недостатки которого были устранены, с помощью структур устройств и технологических инноваций.

Изначально они назывались биполярными транзисторами с изолированным затвором, позже их стали называть IGBT, что является аббревиатурой от «биполярные транзисторы с изолированным затвором».

Применение модулей IGBT

Хотя сегодня это называется технологией силовой электроники, IGBT тогда были особой мировой технологией только для специалистов, которая не так часто видела свет. Однако использование модулей IGBT, которые хранятся внутри инверторных кондиционеров и других электроприборов, значительно расширилось, особенно в мощных продуктах, благодаря использованию инверторов (энергосбережение за счет технологии преобразования энергии) и использованию компактных, высокоэффективных модулей для компонентов.

Сегодня общеизвестно, что IGBT и их модули широко используются в изделиях, требующих большого количества энергии.

Принцип работы модулей IGBT

IGBT — это эпохальный силовой полупроводник, созданный в Японии, который использует обычную структуру биполярного транзистора для частей, где протекает большой ток, и переключает базовую часть, которая является частью управления биполярного транзистора, на структуру затвора FET (ранее использовавшуюся только в сигнальных цепях для слабых систем питания и способную к высокоскоростному управлению с малыми потерями). Это революционный силовой полупроводник, созданный в Японии. Модуль IGBT — это компактный и высокофункциональный модуль, который содержит несколько IGBT, включая диоды для цепей защиты и ИС для цепей управления.

IGBT также существуют как дискретные компоненты, и можно построить схему, похожую на схему модуля, используя дискретные компоненты. Однако, когда схема строится как единый элемент, размер платы, как правило, в два или более раз больше размера модуля, и существуют опасения относительно возможности задержек сигнала, нестабильности и других неисправностей из-за схем разводки на плате, которые могут вызвать множество проблем для пользователя.

Напротив, модуляризация обеспечивает высокую плотность разводки и надежность за счет улучшенного рассеивания тепла, что позволяет пользователям относительно легко использовать IGBT в своих собственных продуктах. Это самое большое преимущество использования модулей IGBT вместо одних IGBT.

В качестве практического примера модуля IGBT давайте рассмотрим модуль, содержащий шесть IGBT, которые управляют основным бесщеточным двигателем. Модуль характеризуется тем, что корпус модуля заполнен изоляционным материалом, а проводка внутри модуля максимально короткая и толстая, чтобы уменьшить электрические потери.

Радиатор также добавлен к модулю, чтобы обеспечить работу IGBT с явно меньшими потерями и более высоким рассеиванием тепла, чем при установке на плату как единое целое. Таким образом, модуляризация IGBT обеспечивает как высокоэффективную работу, так и уменьшение размеров оборудования по сравнению с использованием отдельных компонентов (дискретных).

Другая информация о модулях IGBT

Эволюция модуля IGBT (IPM)

Модули IGBT теперь также называются IPM (интеллектуальные силовые модули), которые содержат высоковольтные драйверы, которые раньше были внешними по отношению к

IGBT, и технологические инновации все еще продолжаются. Чтобы улучшить производительность и функциональность обычных модулей, которые объединяют несколько IGBT в одном корпусе, модули IGBT часто называют IPM, которые объединяют специфичные для IGBT ИС драйверов и различные ИС схем защиты для защиты от перегрузки по току и перегрева вместе с IGBT, а также компактные и теплоотводящие меры.

IPM — это область, в которой Япония, создатель IGBT, лидирует в мире как технология, в которой она преуспевает. Область силовой электроники, использующая новые полупроводниковые материалы, такие как SiC и GaN, которые являются полупроводниками с широкой запрещенной зоной, в последние годы переживает бум, и существует движение за замену IGBT на подложках Si на SiC-MOSFET и GaN-FET, которые имеют превосходные характеристики, как в области электромобилей, таких как электромобили. Также существует тенденция замены IGBT на кремниевых подложках на SiC-MOSFET и GaN-FET, которые обладают превосходными характеристиками.

Однако эти новые подложки из полупроводниковых материалов все еще не так хороши, как подложки из кремния с точки зрения размера пластины, стоимости и производственных мощностей, поэтому на данный момент устройства и модули будут по-прежнему разделяться для продуктовых применений.