Το IGBT σημαίνει Μόνωση-πύλη-διπολικό τρανζίστορ , ημιαγωγός ισχύος που περιλαμβάνει το χαρακτηριστικά ενός MOSFET υψηλή ταχύτητα, εναλλαγή πύλης εξαρτώμενη από τάση και τις ιδιότητες της ελάχιστης αντίστασης ON (χαμηλή τάση κορεσμού) του α BJT .
Το σχήμα 1 παρουσιάζει ισοδύναμο κύκλωμα IGBT, όπου ένα διπολικό τρανζίστορ λειτουργεί με έναν αρχιτέκτονα πύλης MOS, ενώ το παρόμοιο κύκλωμα IGBT είναι στην πραγματικότητα ένα μείγμα τρανζίστορ MOS και διπολικού τρανζίστορ.
Τα IGBT, η πολλά υποσχόμενη γρήγορη ταχύτητα εναλλαγής μαζί με τα ελάχιστα χαρακτηριστικά τάσης κορεσμού, χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα, από εμπορικές εφαρμογές όπως σε μονάδες αξιοποίησης ηλιακής ενέργειας και αδιάλειπτη παροχή ισχύος (UPS), έως καταναλωτικά ηλεκτρονικά πεδία, όπως έλεγχος θερμοκρασίας για επαγωγικές θερμάστρες , εξοπλισμός κλιματισμού PFC, μετατροπείς και στροβοσκόπια ψηφιακής κάμερας.
Το σχήμα 2 παρακάτω αποκαλύπτει μια αξιολόγηση μεταξύ των εσωτερικών διατάξεων και χαρακτηριστικών του IGBT, του διπολικού τρανζίστορ και του MOSFET. Το θεμελιώδες πλαίσιο του IGBT είναι ίδιο με αυτό ενός MOSFET που έχει ένα στρώμα p + τοποθετημένο στο τμήμα αποστράγγισης (συλλέκτης), καθώς και μια επιπλέον σύνδεση pn.
Λόγω αυτού, όποτε οι μειονοτικοί φορείς (τρύπες) τείνουν να εισάγονται μέσω του στρώματος p + στο n-layer με διαμόρφωση αγωγιμότητας, η αντίσταση n-layer μειώνεται δραματικά.
Κατά συνέπεια, το IGBT παρέχει μειωμένη τάση κορεσμού (μικρότερη αντίσταση ON) σε σύγκριση με ένα MOSFET όταν αντιμετωπίζετε τεράστιο ρεύμα, επιτρέποντας έτσι ελάχιστες απώλειες αγωγιμότητας.
Τούτου λεχθέντος, λαμβάνοντας υπόψη ότι για τη διαδρομή ροής εξόδου των οπών, απαγορεύεται η συσσώρευση μεταφορέων μειοψηφίας κατά τις περιόδους απενεργοποίησης λόγω του συγκεκριμένου σχεδιασμού IGBT.
Αυτή η κατάσταση δημιουργεί ένα φαινόμενο γνωστό ως ρεύμα ουράς , όπου η απενεργοποίηση επιβραδύνεται. Όταν αναπτύσσεται το ρεύμα ουράς, η περίοδος αλλαγής καθυστερεί και καθυστερεί, περισσότερο από εκείνη ενός MOSFET, με αποτέλεσμα την αύξηση των απωλειών χρόνου εναλλαγής, κατά τη διάρκεια των περιόδων απενεργοποίησης IGBT.
Απόλυτες μέγιστες βαθμολογίες
Οι απόλυτες μέγιστες προδιαγραφές είναι οι τιμές που ορίζονται για να εγγυηθούν την ασφαλή και υγιή εφαρμογή του IGBT.
Η διέλευση αυτών των καθορισμένων απόλυτων μέγιστων τιμών ακόμη και στιγμιαία μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφή ή καταστροφή της συσκευής, επομένως φροντίστε να συνεργαστείτε με IGBT εντός των μέγιστων ανεκτών αξιολογήσεων όπως προτείνεται παρακάτω.
Πληροφορίες εφαρμογής
Ακόμη και αν οι συνιστώμενες παράμετροι εφαρμογής όπως η θερμοκρασία λειτουργίας / ρεύμα / τάση κ.λπ. διατηρούνται εντός των απόλυτων μέγιστων ονομαστικών τιμών, σε περίπτωση που το IGBT υπόκειται συχνά σε υπερβολικό φορτίο (ακραία θερμοκρασία, μεγάλη παροχή ρεύματος / τάσης, ακραίες μεταβολές θερμοκρασίας κ.λπ.), η ανθεκτικότητα της συσκευής μπορεί να επηρεαστεί σοβαρά.
Ηλεκτρικά Χαρακτηριστικά
Τα ακόλουθα δεδομένα μας ενημερώνουν σχετικά με τις διάφορες ορολογίες και παραμέτρους που σχετίζονται με το IGBT, οι οποίες συνήθως χρησιμοποιούνται για την εξήγηση και την κατανόηση της λειτουργίας ενός IGBT λεπτομερώς.
Συλλεκτικό ρεύμα, Συλλεκτική απαλλαγή : Το Σχήμα 3 δείχνει την κυματομορφή θερμοκρασίας διασκεδαστικού συλλέκτη του IGBT RBN40H125S1FPQ. Η μέγιστη ανεκτή απορρόφηση συλλέκτη εμφανίζεται για διάφορες διαφορετικές θερμοκρασίες θήκης.
Ο παρακάτω παρακάτω τύπος εφαρμόζεται σε καταστάσεις όπου η θερμοκρασία περιβάλλοντος TC = 25 βαθμοί Κελσίου ή περισσότερο.
Pc = (Tjmax - Tc) / Rth (j - γ)
Για συνθήκες όπου η θερμοκρασία περιβάλλοντος TC είναι = 25 ℃ ή χαμηλότερη, η απόλυση συλλέκτη IGBT εφαρμόζεται σύμφωνα με την απόλυτη μέγιστη βαθμολογία τους.
Ο τύπος για τον υπολογισμό του ρεύματος συλλέκτη ενός IGBT είναι:
Ic = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c) × VCE (καθ.)
Ωστόσο, τα παραπάνω είναι ο γενικός τύπος, είναι απλώς ένας υπολογισμός της συσκευής που εξαρτάται από τη θερμοκρασία.
Το ρεύμα συλλέκτη των IGBT καθορίζεται από την τάση κορεσμού συλλέκτη / εκπομπού VCE (sat), και επίσης ανάλογα με τις τρέχουσες και τις συνθήκες θερμοκρασίας τους.
Επιπλέον, το ρεύμα συλλέκτη (κορυφή) ενός IGBT καθορίζεται από την ποσότητα του ρεύματος που μπορεί να χειριστεί και εξαρτάται με τη σειρά του από τον τρόπο εγκατάστασής του και την αξιοπιστία του.
Για το λόγο αυτό, συνιστάται στους χρήστες να μην υπερβαίνουν το μέγιστο ανεκτό όριο των IGBT κατά τη χρήση τους σε μια δεδομένη εφαρμογή κυκλώματος.
Από την άλλη πλευρά, ακόμη και αν το ρεύμα συλλέκτη μπορεί να είναι χαμηλότερο από τη μέγιστη βαθμολογία της συσκευής, μπορεί να περιοριστεί από τη θερμοκρασία διασταύρωσης της μονάδας ή από την περιοχή ασφαλούς λειτουργίας.
Επομένως, φροντίστε να λάβετε υπόψη αυτά τα σενάρια κατά την εφαρμογή ενός IGBT. Τόσο οι παράμετροι, το ρεύμα του συλλέκτη όσο και η απόρριψη του συλλέκτη συνήθως ορίζονται ως οι μέγιστες βαθμολογίες της συσκευής.
Περιοχή ασφαλούς λειτουργίας
ο Το SOA ενός IGBT αποτελείται από ένα SOA προς τα εμπρός και ένα SOA αντίστροφης μεροληψίας, ωστόσο, δεδομένου ότι το συγκεκριμένο εύρος τιμών μπορεί να διαφέρει σύμφωνα με τις προδιαγραφές της συσκευής, συνιστάται στους χρήστες να επαληθεύουν τα ισοδύναμα γεγονότων στο φύλλο δεδομένων. Το Σχήμα 5 απεικονίζει την περιοχή ασφαλούς λειτουργίας εμπρόσθιας προκατάληψης (FBSOA) του IGBT RBN50H65T1FPQ. Το SOA χωρίζεται σε 4 περιοχές ανάλογα με συγκεκριμένους περιορισμούς, όπως περιγράφεται παρακάτω: Το σχήμα 6 δείχνει την περιοχή ασφαλούς λειτουργίας αντίστροφης μεροληψίας (RBSOA) του IGBT RBN50H65T1FPQ. Αυτό το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό λειτουργεί σύμφωνα με την αντίστροφη προκατάληψη SOA του διπολικού τρανζίστορ. Κάθε φορά που παρέχεται μια αντίστροφη μεροληψία, η οποία δεν περιλαμβάνει μεροληψία κατά μήκος της πύλης και του εκπομπού του IGBT κατά τη διάρκεια της περιόδου απενεργοποίησης για επαγωγικό φορτίο, διαπιστώνουμε ότι παρέχεται υψηλή τάση στον συλλέκτη-εκπομπό της IGBT. Ταυτόχρονα, ένα μεγάλο ρεύμα κινείται συνεχώς ως αποτέλεσμα της υπολειπόμενης τρύπας. Τούτου λεχθέντος, σε αυτή τη λειτουργία το SOA προς τα εμπρός πόλωση δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί, ενώ το SOA αντίστροφης μεροληψίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Η αντίστροφη προκατάληψη SOA χωρίζεται σε 2 περιορισμένες περιοχές, όπως εξηγείται στα ακόλουθα σημεία, τελικά η περιοχή καθορίζεται με την επικύρωση των πραγματικών διαδικασιών λειτουργίας του IGBT. Ως εκ τούτου, ενώ σχεδιάζετε ένα κύκλωμα βασισμένο σε IGBT , πρέπει να διασφαλιστεί ότι τα ζητήματα διασκεδασμού και άλλων επιδόσεων είναι σύμφωνα με τα συνιστώμενα όρια, καθώς και τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά και οι σταθερές βλάβης κυκλώματος που σχετίζονται με την ανοχή βλάβης. Για παράδειγμα, η αντίστροφη μεροληψία SOA φέρει χαρακτηριστικό θερμοκρασίας που μειώνεται σε ακραίες θερμοκρασίες και ο τόπος λειτουργίας VCE / IC αλλάζει σύμφωνα με την αντίσταση πύλης IGBT Rg και την τάση πύλης VGE. Γι 'αυτό, είναι ζωτικής σημασίας να προσδιοριστούν οι παράμετροι Rg και VGE σε σχέση με το λειτουργικό οικοσύστημα και τη χαμηλότερη τιμή αντίστασης πύλης κατά τις περιόδους απενεργοποίησης. Επιπλέον, ένα κύκλωμα snubber θα μπορούσε να είναι χρήσιμο για τον έλεγχο του dv / dt VCE. Το σχήμα 7 δείχνει τα χαρακτηριστικά εξόδου του IGBT RBN40H125S1FPQ. Η εικόνα αντιπροσωπεύει την τάση συλλέκτη-εκπομπής, ενώ το ρεύμα συλλέκτη περνά μέσα σε μια κατάσταση τυχαίας τάσης πύλης. Η τάση συλλέκτη-εκπομπής, η οποία επηρεάζει την τρέχουσα απόδοση και απώλεια χειρισμού κατά την κατάσταση ενεργοποίησης, ποικίλλει ανάλογα με την τάση της πύλης και τη θερμοκρασία του σώματος. Όλες αυτές οι παράμετροι πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά το σχεδιασμό ενός κυκλώματος προγράμματος οδήγησης IGBT. Το ρεύμα ανεβαίνει κάθε φορά που το VCE φτάνει στις τιμές 0,7 έως 0,8 V, αν και αυτό οφείλεται στην τάση προς τα εμπρός της σύνδεσης PN συλλέκτη-εκπομπής PN. Το Σχήμα 8 δείχνει τα χαρακτηριστικά τάσης κορεσμού συλλέκτη-εκπομπού έναντι τάσης πύλης του IGBt RBN40H125S1FPQ. Ουσιαστικά, το VCE (sat) αρχίζει να μειώνεται καθώς η τάση του εκπομπού πύλης VGE αυξάνεται, αν και η αλλαγή είναι ονομαστική ενώ VGE = 15 V ή υψηλότερη. Επομένως, συνιστάται να εργάζεστε με μια πύλη / τάση εκπομπής VGE που είναι περίπου 15 V, όποτε είναι δυνατόν. Το Σχήμα 9 δείχνει τα χαρακτηριστικά τάσης ρεύματος συλλέκτη έναντι πύλης του IGBT RBN40H125S1FPQ. Τα χαρακτηριστικά IC / VGE βασίζονται σε μεταβολές θερμοκρασίας, ωστόσο η περιοχή χαμηλής τάσης πύλης προς το σημείο τομής, τείνει να είναι αρνητικός συντελεστής θερμοκρασίας, ενώ η περιοχή υψηλής τάσης πύλης σημαίνει θετικούς συντελεστές θερμοκρασίας. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η ισχύς IGBTs θα παράγει θερμότητα κατά τη λειτουργία, είναι πραγματικά πιο συμφέρουσα η προσοχή στην περιοχή του θετικού συντελεστή θερμοκρασίας ιδιαίτερα όταν οι συσκευές λειτουργούν παράλληλα . ο συνιστώμενη κατάσταση τάσης πύλης χρησιμοποιώντας VGE = 15V εμφανίζει τα θετικά χαρακτηριστικά θερμοκρασίας. Τα σχήματα 10 και 11 δείχνουν πώς η απόδοση της τάσης κορεσμού συλλέκτη-εκπομπής, μαζί με την τάση κατωφλίου πύλης Λόγω του γεγονότος ότι η τάση κορεσμού συλλέκτη-εκπομπού διαθέτει χαρακτηριστικά θετικού συντελεστή θερμοκρασίας, δεν είναι εύκολο να περάσει το ρεύμα, ενώ η λειτουργία IGBT διαλύει υψηλή ποσότητα θερμοκρασίας, η οποία καθίσταται υπεύθυνη για τον αποκλεισμό του πραγματικού ρεύματος κατά την παράλληλη λειτουργία IGBT. Αντίθετα, η λειτουργία της τάσης κατωφλίου εκπομπού πύλης βασίζεται σε αρνητικά χαρακτηριστικά θερμοκρασίας. Κατά την υψηλή απαγωγή θερμότητας, η κατώτατη τάση πέφτει προς τα κάτω, προκαλώντας μεγαλύτερη πιθανότητα δυσλειτουργίας της συσκευής προκύπτει από την παραγωγή θορύβου. Επομένως, η προσεκτική δοκιμή, με επίκεντρο τα παραπάνω καθορισμένα χαρακτηριστικά μπορεί να είναι ζωτικής σημασίας. Χαρακτηριστικά φόρτισης: Το σχήμα 12 δείχνει τα χαρακτηριστικά φόρτισης πύλης μιας συσκευής stabdard IGBT. Τα χαρακτηριστικά της πύλης IGBT ευθυγραμμίζονται ουσιαστικά με τις ίδιες αρχές που ισχύουν για τα MOSFET ισχύος και παρέχουν ως μεταβλητές που αποφασίζουν το ρεύμα κίνησης της συσκευής και την εξάλειψη της μονάδας. Το σχήμα 13 αποκαλύπτει τη χαρακτηριστική καμπύλη, χωρισμένη σε περιόδους 1 έως 3. Περίοδος 1: Η τάση πύλης αυξάνεται στην τάση κατωφλίου όπου το ρεύμα μόλις αρχίζει να ρέει. Το τμήμα που ανεβαίνει από VGE = 0V είναι το τμήμα που είναι υπεύθυνο για τη φόρτιση της χωρητικότητας πύλης-πομπού Cge. Περίοδος 2: Ενώ η μετάβαση από την ενεργή περιοχή στην περιοχή κορεσμού εμφανίζεται, η τάση συλλέκτη-εκπομπής αρχίζει να αλλάζει και η χωρητικότητα του συλλέκτη πύλης φορτίζεται. Αυτή η συγκεκριμένη περίοδος έρχεται με μια αξιοσημείωτη αύξηση της χωρητικότητας λόγω του φαινομένου του καθρέφτη, το οποίο προκαλεί τη σταθερότητα του VGE. Από την άλλη πλευρά, ενώ ένα IGBT βρίσκεται εντελώς σε κατάσταση ON, η αλλαγή της τάσης μεταξύ του συλλέκτη-εκπομπού (VCE) και του εφέ καθρέφτη εξαφανίζεται. Περίοδος 3: Σε αυτήν τη συγκεκριμένη περίοδο το IGBT μπαίνει σε μια πλήρως κορεσμένη κατάσταση και το VCE δεν εμφανίζει αλλαγές. Τώρα, η τάση εκπομπού πύλης VGE αρχίζει να αυξάνεται με το χρόνο. Το ρεύμα κίνησης πύλης IGBT εξαρτάται από την εσωτερική αντίσταση σειράς πύλης Rg, την αντίσταση πηγής σήματος Rs του κυκλώματος οδηγού, το στοιχείο rg που είναι η εσωτερική αντίσταση της συσκευής και την τάση κίνησης VGE (ON). Το ρεύμα κίνησης πύλης υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, το κύκλωμα εξόδου οδηγού IGBT πρέπει να δημιουργηθεί εξασφαλίζοντας ένα τρέχον δυναμικό κίνησης ισοδύναμο ή μεγαλύτερο από το IG (κορυφή). Συνήθως, το μέγιστο ρεύμα τυχαίνει να είναι μικρότερο από την τιμή που καθορίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο, λόγω της καθυστέρησης που εμπλέκεται σε ένα κύκλωμα οδήγησης και επίσης της καθυστέρησης στην αύξηση του ρεύματος πύλης / dt. Αυτά μπορεί να συμβούν λόγω πτυχών όπως η επαγωγή καλωδίωσης από το κύκλωμα κίνησης στο σημείο σύνδεσης πύλης της συσκευής IGBT. Επιπλέον, οι ιδιότητες μεταγωγής για κάθε ενεργοποίηση και απενεργοποίηση μπορεί να εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το Rg. Αυτό μπορεί τελικά να επηρεάζει τον χρόνο αλλαγής και την αλλαγή ελλειμμάτων. Είναι σημαντικό να επιλέξετε ένα κατάλληλο Rg σε σχέση με τα χαρακτηριστικά της συσκευής που χρησιμοποιούνται. Οι απώλειες που συμβαίνουν στο κύκλωμα οδηγού IGBT μπορούν να απεικονιστούν μέσω του παρακάτω δεδομένου τύπου εάν όλες οι απώλειες που αναπτύχθηκαν από το κύκλωμα οδήγησης απορροφούνται από τους παραπάνω αναφερθέντες παράγοντες αντίστασης. ( φά υποδεικνύει τη συχνότητα μεταγωγής). P (Απώλεια κίνησης) = VGE (ενεργοποιημένο) × Qg × f Λαμβάνοντας υπόψη ότι το IGBT είναι ένα στοιχείο μεταγωγής, ο διακόπτης ON, η ταχύτητα OFF είναι ένας από τους κύριους παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση λειτουργίας (απώλεια). Το σχήμα 16 δείχνει το κύκλωμα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της μεταγωγής φορτίου επαγωγής ενός IGBT. Επειδή ο σφιγκτήρας διόδων συνδέεται παράλληλα με το επαγωγικό φορτίο L, η καθυστέρηση της ενεργοποίησης IGBT (ή η απώλεια ενεργοποίησης) συνήθως επηρεάζεται από τα χαρακτηριστικά χρόνου ανάκτησης της διόδου. Ο χρόνος εναλλαγής ενός IGBT, όπως φαίνεται στο σχήμα 17, μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε 4 περιόδους μέτρησης. Λόγω του γεγονότος ότι ο χρόνος αλλάζει δραστικά για κάθε περίοδο σε σχέση με τις καταστάσεις Tj, IC, VCE, VGE και Rg, αυτή η περίοδος αξιολογείται με τις ακόλουθες περιγραφόμενες συνθήκες. Σε αντίθεση με τα MOSFET ισχύος, το Το IGBT δεν περιλαμβάνει παρασιτική δίοδο . Ως αποτέλεσμα, ένα ενσωματωμένο IGBT που έρχεται με ένα προεγκατεστημένο τσιπ Fast Recovery Diode (FRD) χρησιμοποιείται για τον έλεγχο φορτίου επαγωγής σε κινητήρες και πανομοιότυπες εφαρμογές. Σε αυτούς τους τύπους εξοπλισμού, η αποδοτικότητα λειτουργίας τόσο του IGBT όσο και της προεγκατεστημένης διόδου επηρεάζει σημαντικά την αποδοτικότητα λειτουργίας του εξοπλισμού και τη δημιουργία παρεμβολών θορύβου. Επιπλέον, οι ιδιότητες ανάστροφης ανάκτησης και τάσης προς τα εμπρός είναι κρίσιμες παράμετροι που σχετίζονται με την ενσωματωμένη δίοδο. Οι συμπυκνωμένοι φορείς μειοψηφίας εκφορτώνονται κατά τη διάρκεια της κατάστασης μεταγωγής ακριβώς όταν το προς τα εμπρός ρεύμα περνά μέσω της διόδου έως ότου επιτευχθεί η κατάσταση του αντίστροφου στοιχείου. Ο χρόνος που απαιτείται για την πλήρη απελευθέρωση αυτών των μεταφορέων μειοψηφίας είναι γνωστός ως χρόνος αντίστροφης ανάκτησης (trr). Το λειτουργικό ρεύμα που εμπλέκεται καθ 'όλη τη διάρκεια αυτής της περιόδου ονομάζεται αντίστροφο ρεύμα ανάκτησης (Irr) και η ακέραια τιμή και των δύο αυτών διαστημάτων είναι γνωστή ως το αντίστροφο φορτίο ανάκτησης (Qrr). Qrr = 1/2 (Irr x trr) Λαμβάνοντας υπόψη ότι η χρονική περίοδος trr είναι ισοδύναμα βραχυκυκλωμένη, συνεπάγεται τεράστια απώλεια. Επιπλέον, περιορίζει τη συχνότητα καθ 'όλη τη διαδικασία αλλαγής. Συνολικά, το γρήγορο trr και το μειωμένο Irr (Qrris small) θεωρείται βέλτιστο. Αυτές οι ιδιότητες εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το προς τα εμπρός μεροληπτικό ρεύμα IF, diF / dt και τη θερμοκρασία διακλάδωσης Tj του IGBT. Από την άλλη πλευρά, εάν το trr γίνει γρηγορότερο, το d / dt έχει ως αποτέλεσμα να είναι πιο απότομη γύρω από την περίοδο ανάκτησης, όπως συμβαίνει με την αντίστοιχη τάση συλλέκτη-εκπομπής dv / dt, η οποία προκαλεί αύξηση της τάσης για παραγωγή θορύβου. Ακολουθούν τα παραδείγματα που παρέχουν τους τρόπους με τους οποίους μπορεί να αντιμετωπιστεί η παραγωγή θορύβου. Η ιδιότητα αντίστροφης ανάκτησης βασίζεται σημαντικά στην ικανότητα ανοχής τάσης / ρεύματος της συσκευής. Αυτή η δυνατότητα θα μπορούσε να βελτιωθεί χρησιμοποιώντας διαχείριση διάρκειας ζωής, βαριά μεταλλική διάχυση και διάφορες άλλες τεχνικές. Το σχήμα 19 δείχνει τα χαρακτηριστικά εξόδου της ενσωματωμένης δίοδος ενός τυπικού IGBT. Η τάση προς τα εμπρός διόδων VF σημαίνει φθίνουσα τάση που παράγεται όταν το ρεύμα IF μέσω της διόδου τρέχει προς την κατεύθυνση της πτώσης τάσης προς τα εμπρός της διόδου. Δεδομένου ότι αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια ισχύος κατά τη διάρκεια της παραγωγής πίσω EMF (δίοδος ελεύθερης περιστροφής) σε κινητήρες ή επαγωγικές εφαρμογές, συνιστάται η επιλογή μικρότερης VF. Επιπλέον, όπως απεικονίζεται στο Σχήμα 19, τα χαρακτηριστικά του θετικού και του αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας καθορίζονται από το μέγεθος του μπροστινού ρεύματος της διόδου IF. Το Σχήμα 20 απεικονίζει τα χαρακτηριστικά αντίστασης του IGBT έναντι των θερμικών μεταβατικών και της ενσωματωμένης δίοδος. Αυτό το χαρακτηριστικό χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας διακλάδωσης Tj του IGBT. Το πλάτος παλμού (PW) που εμφανίζεται πάνω από τον οριζόντιο άξονα υποδηλώνει τον χρόνο μεταγωγής, ο οποίος καθορίζει τον παλμό μιας βολής και τα αποτελέσματα των επαναλαμβανόμενων λειτουργιών. Για παράδειγμα, PW = 1ms και D = 0,2 (κύκλος λειτουργίας = 20%) σημαίνει ότι η συχνότητα επανάληψης είναι 200Hz, δεδομένου ότι η περίοδος επανάληψης είναι T = 5ms. Αν φανταστούμε PW = 1ms και D = 0,2 και ισχύ εξουδετέρωσης Pd = 60W, είναι δυνατό να προσδιοριστεί η αύξηση της θερμοκρασίας σύνδεσης IGBT ΔTj με τον ακόλουθο τρόπο: Εφαρμογές που απαιτούν γεφυρωμένα κυκλώματα εναλλαγής IGBT όπως μετατροπείς, ένα κύκλωμα προστασίας βραχυκυκλώματος (υπερένταση) καθίσταται επιτακτική ανάγκη για αντοχή και προστασία από ζημιές κατά τη διάρκεια του χρόνου έως ότου η τάση πύλης IGBT απενεργοποιηθεί, ακόμη και σε περίπτωση βραχυκυκλώματος εξόδου της μονάδας . Τα σχήματα 21 και 22 δείχνουν την ικανότητα ρουλεμάν βραχυκυκλώματος και την ικανότητα χειρισμού ρεύματος βραχυκυκλώματος του IGBT RBN40H125S1FPQ. Αυτό το βραχυκύκλωμα αντοχής χωρητικότητας ενός IGBT εκφράζεται συνήθως σε σχέση με το χρόνο tSC. Αυτή η ανθεκτική ικανότητα καθορίζεται κυρίως με βάση την τάση εκπομπής πυλών του IGBT, τη θερμοκρασία του σώματος και την τάση τροφοδοσίας. Αυτό πρέπει να εξεταστεί κατά το σχεδιασμό ενός κρίσιμου σχεδιασμού κυκλώματος H-Bridge IGBT. Επιπλέον, βεβαιωθείτε ότι έχετε επιλέξει μια βέλτιστα βαθμολογημένη συσκευή IGBT όσον αφορά τις ακόλουθες παραμέτρους. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια της στιγμής όταν το κύκλωμα προστασίας βραχυκυκλώματος ή υπερφόρτωσης ανιχνεύει το ρεύμα βραχυκυκλώματος και διακόπτει την τάση της πύλης, το ρεύμα βραχυκυκλώματος είναι πραγματικά απίστευτα μεγάλο από το κανονικό μέγεθος ρεύματος λειτουργίας του IGBT. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας απενεργοποίησης με αυτό το σημαντικό ρεύμα χρησιμοποιώντας τυπική αντίσταση πύλης Rg, μπορεί να προκαλέσει την ανάπτυξη μεγάλης τάσης υπέρτασης, που υπερβαίνει την βαθμολογία IGBT. Για αυτόν τον λόγο, πρέπει να επιλέξετε κατάλληλα την αντίσταση πύλης IGBT κατάλληλη για την αντιμετώπιση των συνθηκών βραχυκυκλώματος, έχοντας τουλάχιστον 10 φορές υψηλότερη από την κανονική τιμή αντίστασης πύλης (αλλά παραμένετε εντός της τιμής SOA προς τα εμπρός πόλωση). Αυτό γίνεται για να εξουδετερώσει την παραγωγή τάσης κύματος σε όλες τις λυχνίες συλλέκτη-εκπομπής του IGBT κατά τις περιόδους κατά τις οποίες διακόπτεται το ρεύμα βραχυκυκλώματος. Επιπλέον, ο χρόνος αντοχής βραχυκυκλώματος tSC μπορεί να προκαλέσει κατανομή του κύματος στις άλλες συνδεδεμένες συσκευές. Πρέπει να ληφθεί μέριμνα για να εξασφαλιστεί επαρκές περιθώριο τουλάχιστον 2 φορές το κανονικό χρονικό πλαίσιο που απαιτείται για να ξεκινήσει η λειτουργία του κυκλώματος προστασίας βραχυκυκλώματος. Η απόλυτη μέγιστη βαθμολογία για τη θερμοκρασία διασταύρωσης των περισσότερων ημιαγωγών Tj είναι 150 ℃, αλλά το Tjmax = 175 ℃ ορίζεται σύμφωνα με την απαίτηση για συσκευές νέας γενιάς προκειμένου να αντέξει τις αυξημένες προδιαγραφές θερμοκρασίας. Προκειμένου να διασφαλιστεί αποτελεσματική λειτουργία σε Tjmax = 175 ℃, πολλές από τις παραμέτρους για τον τυπικό έλεγχο συνέπειας στα 150 ℃ είχαν βελτιωθεί και πραγματοποιήθηκε επιχειρησιακή επαλήθευση. Τούτου λεχθέντος, οι λόγοι δοκιμών κυμαίνονται σε σχέση με τις προδιαγραφές της συσκευής. Βεβαιωθείτε ότι έχετε επικυρώσει τα δεδομένα αξιοπιστίας που σχετίζονται με τη συσκευή που ενδέχεται να χρησιμοποιείτε, για πρόσθετες πληροφορίες. Ομοίως, θυμηθείτε ότι η τιμή Tjmax δεν είναι απλώς ένας περιορισμός για συνεχή εργασία, αλλά και μια προδιαγραφή για τον κανονισμό που δεν πρέπει να ξεπεραστεί ούτε για μια στιγμή. Πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη η ασφάλεια κατά της απόρριψης υψηλής θερμοκρασίας, ακόμη και για μια μικρή στιγμή για ένα IGBT, κατά τη διάρκεια της ενεργοποίησης / απενεργοποίησης. Φροντίστε να συνεργαστείτε με το IGBT σε περιβάλλον το οποίο σε καμία περίπτωση δεν υπερβαίνει τη μέγιστη θερμοκρασία θραύσης Tj = 175 ℃. Απώλεια αγωγής: Ενώ τροφοδοτεί ένα επαγωγικό φορτίο μέσω ενός IGBT, οι ζημίες που πραγματοποιούνται βασικά κατηγοριοποιούνται σε απώλεια αγωγιμότητας και απώλεια μεταγωγής. Η απώλεια που συμβαίνει μόλις το IGBT είναι πλήρως ενεργοποιημένο ονομάζεται απώλεια αγωγιμότητας, ενώ η απώλεια που συμβαίνει κατά τη στιγμή της αλλαγής του IGBT από ON στο OFF ή OFF στο ON είναι γνωστή ως απώλεια διακοπής. Λόγω του γεγονότος, η απώλεια εξαρτάται από την εφαρμογή της τάσης και του ρεύματος, όπως φαίνεται στον παρακάτω τύπο, η απώλεια προκύπτει ως αποτέλεσμα της επίδρασης της τάσης κορεσμού συλλέκτη-εκπομπής VCE (sat), ακόμη και όταν η συσκευή λειτουργεί. Το VCE (sat) πρέπει να είναι ελάχιστο, καθώς η απώλεια μπορεί να προκαλέσει παραγωγή θερμότητας εντός του IGBT. Απώλεια μεταγωγής: Καθώς η απώλεια IGBT μπορεί να είναι δύσκολο να εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας το χρόνο εναλλαγής, οι πίνακες αναφοράς ενσωματώνονται στα σχετικά φύλλα δεδομένων για να βοηθήσουν τους σχεδιαστές κυκλωμάτων να προσδιορίσουν την απώλεια μεταγωγής. Το σχήμα 24 παρακάτω δείχνει τα χαρακτηριστικά απώλειας μεταγωγής για το IGBT RBN40H125S1FPQ. Οι παράγοντες Eon και Eoff επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από το ρεύμα του συλλέκτη, την αντίσταση της πύλης και τη θερμοκρασία λειτουργίας. Eon (Απενεργοποίηση ενέργειας) Ο όγκος της απώλειας αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ενεργοποίησης του IGBT για επαγωγικό φορτίο, μαζί με την απώλεια ανάκτησης κατά την ανάστροφη ανάκτηση της διόδου. Το Eon υπολογίζεται από το σημείο κατά το οποίο η τάση πύλης τροφοδοτείται στο IGBT και το ρεύμα συλλέκτη αρχίζει να ταξιδεύει, μέχρι το χρονικό σημείο όταν το IGBT μεταφέρεται εντελώς στην κατάσταση ενεργοποίησης Eoff (Απενεργοποίηση ενεργειακής απώλειας Είναι το μέγεθος της απώλειας που προκύπτει κατά τη διάρκεια της περιόδου απενεργοποίησης για επαγωγικά φορτία, που περιλαμβάνει το ρεύμα της ουράς. Το Eoff μετριέται από το σημείο όπου το ρεύμα πύλης μόλις διακόπτεται και η τάση συλλέκτη-εκπομπού αρχίζει να ανεβαίνει, μέχρι το χρονικό σημείο όπου το IGBT φτάσει σε πλήρη κατάσταση OFF. Η συσκευή διπολικού τρανζίστορ μονωμένης πύλης (IGTB) είναι ένας τύπος συσκευής ημιαγωγών τριών τερματικών που βασικά χρησιμοποιείται ως ηλεκτρονικός διακόπτης και είναι επίσης γνωστός για την παροχή ενός συνδυασμού εξαιρετικά γρήγορης εναλλαγής και υψηλής απόδοσης στις πιο νεότερες συσκευές. Μια σειρά από σύγχρονες συσκευές, όπως VFD (Vaiable Frequency Drives), VSFs (ψυγεία μεταβλητής ταχύτητας), τρένα, στερεοφωνικά συστήματα με ενισχυτές εναλλαγής, ηλεκτρικά αυτοκίνητα και κλιματιστικά χρησιμοποιούν διπολικό τρανζίστορ μονωμένης πύλης για την εναλλαγή της ηλεκτρικής ενέργειας. Σύμβολο λειτουργίας εξάντλησης IGBT Σε περίπτωση που οι ενισχυτές χρησιμοποιούν διπολικό τρανζίστορ μονωμένης πύλης συχνά συνθέτουν κυματομορφές που είναι πολύπλοκες στη φύση μαζί με φίλτρα χαμηλής διέλευσης και διαμόρφωση πλάτους παλμού, καθώς το διπολικό τρανζίστορ μονωμένης πύλης είναι βασικά σχεδιασμένο για να ενεργοποιείται και να απενεργοποιείται με γρήγορο και γρήγορο ρυθμό. Οι ρυθμοί επανάληψης παλμού καυχιέται από τις σύγχρονες συσκευές που αποτελούνται από εφαρμογή εναλλαγής και εμπίπτουν εντός της περιοχής υπερήχων που είναι οι συχνότητες που είναι δέκα φορές υψηλότερες από την υψηλότερη συχνότητα ήχου που χειρίζεται η συσκευή όταν οι συσκευές χρησιμοποιούνται με τη μορφή αναλογικός ενισχυτής ήχου. Τα MOSFET που αποτελούνται από υψηλό ρεύμα και χαρακτηριστικά μιας απλής κίνησης πύλης συνδυάζονται με τα διπολικά τρανζίστορ που έχουν χωρητικότητα χαμηλής τάσης κορεσμού από το IGTB. Μια μοναδική συσκευή κατασκευάζεται από την IGBT συνδυάζοντας το διπολικό τρανζίστορ ισχύος που λειτουργεί ως διακόπτης και μια απομονωμένη πύλη FET που λειτουργεί ως είσοδος ελέγχου. Το διπολικό τρανζίστορ μονωμένης πύλης (IGTB) χρησιμοποιείται κυρίως σε εφαρμογές που αποτελούνται από πολλαπλές συσκευές οι οποίες είναι τοποθετημένες παράλληλα μεταξύ τους και τις περισσότερες φορές έχουν ικανότητα χειρισμού πολύ υψηλού ρεύματος που κυμαίνεται από εκατοντάδες αμπέρ μαζί με ένα 6000V τάσης μπλοκαρίσματος, το οποίο με τη σειρά του ισούται με εκατοντάδες κιλοβάτ που χρησιμοποιούν μέση έως υψηλή ισχύ, όπως επαγωγική θέρμανση, τροφοδοτικά εναλλαγής και έλεγχο κινητήρα έλξης. Διπολικά τρανζίστορ μονωμένης πύλης που έχουν μεγάλο μέγεθος. Το διπολικό τρανζίστορ μονωμένης πύλης (IGTB) είναι μια νέα και πρόσφατη εφεύρεση της εποχής. Οι συσκευές πρώτης γενιάς που εφευρέθηκαν και ξεκίνησαν τη δεκαετία του 1980 και τα πρώτα χρόνια της δεκαετίας του 1990 βρέθηκε να έχουν σχετικά αργή διαδικασία εναλλαγής και είναι επιρρεπείς σε αποτυχία μέσω διαφορετικών λειτουργιών όπως το latchup (όπου η συσκευή θα συνεχίσει να ενεργοποιείται και να μην ενεργοποιείται απενεργοποιημένο έως ότου το ρεύμα συνεχίσει να ρέει μέσω της συσκευής) και δευτερεύουσα βλάβη (όπου όταν ρέει υψηλό ρεύμα μέσω της συσκευής, ένα τοπικό σημείο πρόσβασης που υπάρχει στη συσκευή μπαίνει σε θερμική διαφυγή και ως αποτέλεσμα καίει τη συσκευή). Παρατηρήθηκε μεγάλη βελτίωση στις συσκευές δεύτερης γενιάς και στις περισσότερες νέες συσκευές στο μπλοκ, οι συσκευές τρίτης γενιάς θεωρούνται ακόμη καλύτερες από τις συσκευές πρώτης γενιάς ρυμούλκησης. Οι συσκευές τρίτης γενιάς αποτελούνται από MOSFET με ταχύτητα περιστροφής, και ανοχή και ανθεκτικότητα σε εξαιρετικό επίπεδο. Οι συσκευές δεύτερης και τρίτης γενιάς αποτελούνται από βαθμολογία παλμού που είναι εξαιρετικά υψηλή που τις καθιστά πολύ χρήσιμες για την παραγωγή μεγάλων παλμών ισχύος σε διάφορους τομείς όπως η φυσική πλάσματος και τα σωματίδια. Έτσι, οι συσκευές δεύτερης και τρίτης γενιάς έχουν αντικαταστήσει κυρίως όλες τις παλαιότερες συσκευές, όπως ενεργοποιημένα κενά σπινθήρα και θυρατρόνια που χρησιμοποιούνται σε αυτούς τους τομείς της φυσικής πλάσματος και των σωματιδίων. Αυτές οι συσκευές έχουν επίσης πόλο έλξης για τους λάτρεις της υψηλής τάσης, λόγω των ιδιοτήτων τους για υψηλή βαθμολογία παλμών και διαθεσιμότητα στην αγορά σε χαμηλές τιμές. Αυτό επιτρέπει στον χόμπιτ να ελέγχει τεράστιες ποσότητες ισχύος για να οδηγεί συσκευές όπως τα πηνία και τα πηνία Tesla. Τα διπολικά τρανζίστορ μονωμένης πύλης διατίθενται σε προσιτή τιμή και ως εκ τούτου λειτουργούν ως σημαντικοί παράγοντες για υβριδικά αυτοκίνητα και ηλεκτρικά οχήματα. Ευγένεια: Ρενέσας Ασφαλής περιοχή λειτουργίας προς τα εμπρός προκατάληψη
Reverse Bias Safe Operating Area
Στατικά χαρακτηριστικά
ενός IGBT εξαρτώνται από τη θερμοκρασία.
Χαρακτηριστικά χωρητικότητας πύλης
Οι διαδικασίες εργασίας που σχετίζονται με κάθε περίοδο εξηγούνται παρακάτω.
Πώς να προσδιορίσετε το ρεύμα της πύλης
IG (κορυφή) = VGE (on) / Rg + Rs + rg 
Υπολογισμός απώλειας κίνησης
Χαρακτηριστικά αλλαγής
Ώρα εναλλαγής
Ενσωματωμένα χαρακτηριστικά διόδων
Ενσωματωμένα χαρακτηριστικά ανάστροφης ανάκτησης διόδων
Ενσωματωμένα χαρακτηριστικά προόδου τάσης προς τα εμπρός
Χαρακτηριστικά θερμικής αντίστασης
ΔTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0,17 = 10,2 Φόρτωση χαρακτηριστικών βραχυκυκλώματος
Μέγιστη θερμοκρασία διασταύρωσης Tjmax για 175 ℃
.
Ο Πίνακας 3 εμφανίζει ένα καλό παράδειγμα των συνθηκών δοκιμής για το IGBT RBN40H125S1FPQ το οποίο έχει σχεδιαστεί για να αντέχει σε 175 ℃ ενώ λειτουργεί σε υψηλές θερμοκρασίες.
Απώλειες IGBT
Απώλεια (P) = τάση (V) × ρεύμα (I)
Απώλεια ενεργοποίησης: P (ενεργοποίηση) = VCE (sat) × IC 
Περίληψη
IGBT για εφαρμογές υψηλής τάσης
Τα IGBT είναι ένας συνδυασμός BJT και Mosfet
Τα IGBT είναι τα πιο προηγμένα τρανζίστορ
Τα νέα Mosfets ανταγωνίζονται με IGBT
Προηγούμενο: Πώς να φτιάξετε φωτοευαίσθητο ηλιακό κύτταρο ή ηλιακό κύτταρο από φρούτα τσάι Επόμενο: Μονάδα οδήγησης Easy H-Bridge MOSFET για μετατροπείς και κινητήρες
