IGBT nedir: Çalışma, Anahtarlama Özellikleri, SOA, Kapı Direnci, Formüller

IGBT'nin kısaltması Yalıtımlı kapı-Bipolar-Transistör , aşağıdakileri içeren bir güç yarı iletkeni MOSFET'lerin özellikleri yüksek hız, voltaja bağlı geçit anahtarlama ve minimum ON direnci (düşük doygunluk voltajı) özellikleri BJT .

Şekil 1, iki kutuplu bir transistörün bir MOS geçit mimarı ile çalıştığı IGBT eşdeğer devresini gösterirken, benzer IGBT devresi aslında bir MOS transistörü ve bir çift kutuplu transistörün bir karışımıdır.

Minimum doygunluk voltaj özellikleriyle birlikte hızlı anahtarlama hızı vaat eden IGBT'ler, güneş enerjisi tesisatı üniteleri ve kesintisiz güç kaynağı (UPS) gibi ticari uygulamalardan, sıcaklık kontrolü gibi tüketici elektroniği alanlarına kadar geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. indüksiyonlu ısıtıcılı ocaklar , klima ekipmanı PFC, invertörler ve dijital kamera stroboskopları.

Aşağıdaki Şekil 2, IGBT, bipolar transistör ve MOSFET dahili düzenleri ve nitelikleri arasındaki bir değerlendirmeyi göstermektedir. IGBT'nin temel çerçevesi, boşaltma (toplayıcı) bölümüne yerleştirilmiş bir p + katmanına ve ayrıca ekstra bir pn bağlantısına sahip bir MOSFET'inkiyle aynıdır.

Bundan dolayı, azınlık taşıyıcılar (delikler) iletkenlik modülasyonu ile p + katmanından n-katmanına sokulma eğiliminde olduğunda, n-katman direnci önemli ölçüde azalır.

Sonuç olarak, IGBT, doyma gerilimi (daha küçük ON direnci), büyük akımla başa çıkarken bir MOSFET'e kıyasla, böylece minimum iletim kayıpları sağlar.

Deliklerin çıkış akış yolu için, kapama dönemlerinde azınlık taşıyıcıların birikmesinin belirli IGBT tasarımı nedeniyle yasaklandığını söyleyerek.

Bu durum, kuyruk akımı , burada kapanma yavaşlar. Kuyruk akımı geliştiğinde, anahtarlama periyodu, bir MOSFET'inkinden daha fazla gecikir ve gecikir, bu da IGBT kapatma periyotları sırasında anahtarlama zamanı kayıplarında bir artışa neden olur.

Mutlak Maksimum Puanlar

Mutlak maksimum spesifikasyonlar, IGBT'nin güvenli ve sağlam uygulamasını garanti etmek için belirlenmiş değerlerdir.

Belirtilen bu mutlak maksimum değerlerin anlık olarak bile geçilmesi, cihazın tahrip olmasına veya bozulmasına neden olabilir, bu nedenle lütfen aşağıda önerildiği gibi maksimum tolere edilebilir değerler dahilinde IGBT'lerle çalıştığınızdan emin olun.

Uygulama Öngörüleri

Çalışma sıcaklığı / akımı / voltajı vb. Gibi önerilen uygulama parametreleri mutlak maksimum değerler içinde tutulsa bile, IGBT'nin sıklıkla aşırı yüke maruz kalması durumunda (aşırı sıcaklık, büyük akım / voltaj beslemesi, aşırı sıcaklık dalgalanmaları vb.), cihazın dayanıklılığı ciddi şekilde etkilenebilir.

elektriksel özellikler

Aşağıdaki veriler, normalde bir IGBT'nin çalışmasını ayrıntılı olarak açıklamak ve anlamak için kullanılan IGBT ile ilgili çeşitli terminolojiler ve parametreler hakkında bizi bilgilendirir.

Kollektör akımı, Kollektör Dağılımı : Şekil 3, IGBT RBN40H125S1FPQ'nun kolektör dağıtma sıcaklığı dalga biçimini gösterir. Tolere edilebilir maksimum kollektör dağılımı, çeşitli farklı kasa sıcaklıkları için görüntülenir.

Aşağıda gösterilen formül, ortam sıcaklığının TC = 25 Santigrat derece veya daha fazla olduğu durumlarda uygulanabilir hale gelir.

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

TC ortam sıcaklığının = 25 ℃ veya daha düşük olduğu koşullar için, IGBT toplayıcı dağıtımı, mutlak maksimum derecelendirmelerine göre uygulanır.

Bir IGBT'nin toplayıcı akımını hesaplamanın formülü şöyledir:

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

Bununla birlikte, yukarıdaki genel formül, basitçe cihazın sıcaklığa bağlı bir hesaplamasıdır.

IGBT'lerin kollektör akımı, kollektör / yayıcı doyma voltajı VCE (sat) ile ve ayrıca akım ve sıcaklık koşullarına bağlı olarak belirlenir.

Ek olarak, bir IGBT'nin toplayıcı akımı (tepe noktası), kaldırabileceği akım miktarı ile tanımlanır ve bu da, kurulum şekline ve güvenilirliğine bağlıdır.

Bu nedenle, kullanıcılara belirli bir devre uygulamasında kullanırken IGBT'lerin maksimum tolere edilebilir sınırını asla aşmamaları tavsiye edilir.

Öte yandan kollektör akımı, cihazın maksimum değerinden daha düşük olsa bile, ünitenin bağlantı sıcaklığı veya güvenli çalışma alanı tarafından kısıtlanabilir.

Bu nedenle, bir IGBT uygularken bu senaryoları dikkate aldığınızdan emin olun. Hem parametreler, hem toplayıcı akımı hem de toplayıcı yayılımı genellikle cihazın maksimum değerleri olarak belirlenir.

Güvenli Çalışma Alanı

Bir IGBT'nin SOA'sı, ileri önyargılı bir SOA ve bir ters önyargılı SOA'dan oluşur, ancak belirli değerler aralığı cihaz özelliklerine göre farklılık gösterebileceğinden, kullanıcıların veri sayfasındaki eşdeğer gerçekleri doğrulaması önerilir.

İleri Önyargı Güvenli Çalışma Alanı

Şekil 5, IGBT RBN50H65T1FPQ'nun ileri yanlılık güvenli çalışma alanını (FBSOA) göstermektedir.

SOA, aşağıda belirtildiği gibi belirli sınırlamalara bağlı olarak 4 bölgeye ayrılmıştır:

• En yüksek anma toplayıcı darbe akımı IC (tepe) ile sınırlanan alan.
• Kollektör dağıtım bölgesi tarafından kısıtlanan alan
• İkincil arıza nedeniyle sınırlı alan. Bu tür bir arızanın, cihazın ikincil bir arıza marjına sahip olduğu durumlar dışında, bir IGBT'nin güvenli çalışma alanının daralmasına neden olduğunu unutmayın.
• Maksimum toplayıcı tarafından yayıcı voltajı VCES derecesi ile sınırlanan alan.

Ters Eğilimli Güvenli Çalışma Alanı

Şekil 6, IGBT RBN50H65T1FPQ'nun ters önyargı güvenli çalışma alanını (RBSOA) göstermektedir.

Bu özel özellik, bipolar transistörün ters önyargı SOA'sına göre çalışır.

Endüktif bir yük için kapanma süresi boyunca IGBT'nin kapısı ve vericisi boyunca önyargı içermeyen bir ters önyargı sağlandığında, IGBT’nin toplayıcı-vericisine yüksek voltajın iletildiğini görürüz.

Aynı anda, büyük bir akım, artık deliğin bir sonucu olarak sürekli hareket eder.

Bunu söyledikten sonra, bu işleyişte ileri önyargı SOA kullanılamazken, ters önyargı SOA kullanılabilir.

Ters önyargı SOA, aşağıdaki noktalarda açıklandığı gibi 2 sınırlı alana bölünmüştür, sonuç olarak alan, IGBT'nin gerçek işleyiş prosedürleri doğrulanarak oluşturulur.

1. Maksimum tepe toplayıcı akımı Ic (tepe) ile sınırlanan alan.
2. Maksimum toplayıcı-yayıcı voltaj kırılma derecesi VCES ile sınırlı alan. Belirli bir VCEIC operasyon yörüngesi cihazın SOA spesifikasyonlarından uzaklaşırsa IGBT'nin hasar görebileceğini gözlemleyin.

Dolayısıyla IGBT tabanlı bir devre tasarlarken , dağıtım ve diğer performans sorunlarının önerilen sınırlara göre olması sağlanmalı ve ayrıca arıza toleransı ile ilgili belirli özellikler ve devre arıza sabitleri dikkate alınmalıdır.

Örneğin, ters önyargı SOA, aşırı sıcaklıklarda düşen bir sıcaklık karakteristiği taşır ve VCE / IC çalışma yeri, IGBT'nin kapı direnci Rg ve kapı voltajı VGE'ye göre değişir.

Bu nedenle, çalışma ekosistemine göre Rg ve VGE parametrelerini ve kapanma dönemlerinde en düşük kapı direnç değerini belirlemek hayati önem taşır.

Ek olarak, bir snubber devresi, dv / dt VCE'yi kontrol etmek için yardımcı olabilir.

Statik Özellikler

Şekil 7, IGBT RBN40H125S1FPQ'nun çıktı özelliklerini göstermektedir. Resim, kollektör akımı rastgele bir geçit voltajı durumunda geçerken kollektör-verici voltajını temsil eder.

Açılma durumunda akım işleme verimini ve kaybını etkileyen kollektör-emitör gerilimi, kapı voltajına ve vücut sıcaklığına göre değişir.

Bir IGBT sürücü devresi tasarlanırken tüm bu parametrelerin dikkate alınması gerekir.

Akım, VCE 0,7 ila 0,8 V değerlerine ulaştığında yükselir, bunun nedeni PN toplayıcı-yayıcı PN bağlantısının ileri voltajıdır.

Şekil 8, IGBt RBN40H125S1FPQ'nun toplayıcı-yayıcı satürasyon voltajı ile kapı voltajı özelliklerini göstermektedir.

Esasen, VCE (sat), kapı-verici voltajı VGE yükseldikçe düşmeye başlar, ancak değişiklik VGE = 15 V veya daha yüksekken nominaldir. Bu nedenle, mümkün olduğunda yaklaşık 15 V olan bir kapı / verici voltajı VGE ile çalışılması önerilir.

Şekil 9, IGBT RBN40H125S1FPQ'nun toplayıcı akımına karşı geçit voltajı özelliklerini göstermektedir.

IC / VGE karakteristikleri sıcaklık değişimlerine dayanmaktadır, ancak kesişme noktasına doğru düşük kapı voltajı bölgesi negatif sıcaklık katsayısı olma eğilimindeyken, yüksek kapı voltajı bölgesi pozitif sıcaklık katsayılarını belirtir.

Güç IGBT'lerin çalışırken ısı üreteceği düşünüldüğünde, özellikle pozitif sıcaklık katsayısı bölgesine dikkat etmek aslında daha avantajlıdır. cihazlar paralel çalıştırıldığında .

VGE = 15V kullanarak önerilen kapı voltajı durumu pozitif sıcaklık özellikleri sergiler.

Şekil 10 ve 11, kollektör-yayıcı doyma voltajının performansının, kapı eşik voltajı ile birlikte nasıl olduğunu göstermektedir.
IGBT'nin% 50'si sıcaklığa bağlıdır.

Kollektör-yayıcı doygunluk voltajının pozitif sıcaklık katsayısı özelliklerine sahip olması nedeniyle, IGBT operasyonu yüksek miktarda sıcaklığı dağıtırken akımın geçmesi kolay değildir, bu da paralel IGBT çalışması sırasında etkin akımı bloke etmekten sorumlu hale gelir.

Aksine, kapı-yayıcı eşik voltajının çalışması, negatif sıcaklık özelliklerine dayanır.

Yüksek ısı dağılımı sırasında, eşik voltajı aşağıya düşer, cihazın daha yüksek arıza olasılığına neden olması gürültü oluşumundan kaynaklanan.

Bu nedenle, yukarıda belirtilen özellikler etrafında odaklanan dikkatli testler çok önemli olabilir.

Kapı Kapasite Özellikleri

Şarj Özellikleri: Şekil 12, bir stabdard IGBT cihazının geçit şarj özelliklerini göstermektedir.

IGBT geçit özellikleri, esasen güç MOSFET'leri için uygulanan aynı prensiplerle uyumludur ve cihazın sürücü akımını ve sürücü dağılımını belirleyen değişkenler olarak sağlar.

Şekil 13, Periyot 1 ila 3'e bölünmüş karakteristik eğriyi gösterir.
Her dönem ile ilgili çalışma prosedürleri aşağıda açıklanmıştır.

Dönem 1: Kapı voltajı, akımın yeni akmaya başladığı eşik voltajına yükseltilir.

VGE = 0V'den yükselen bölüm, kapı-yayıcı kapasitans Cge'yi şarj etmekten sorumlu olan kısımdır.

2. Periyot: Aktif bölgeden doyma bölgesine geçiş gerçekleşirken, kollektör-emetör voltajı değişmeye başlar ve kapı-kollektör kapasitansı Cgc yüklenir.

Bu belirli süre, VGE'nin sabit olmasına neden olan ayna etkisi nedeniyle kapasitansta gözle görülür bir artışla birlikte gelir.

Öte yandan, bir IGBT tamamen AÇIK durumdayken, toplayıcı-yayıcı (VCE) boyunca voltajdaki değişiklik ve ayna efekti ortadan kalkar.

3. Dönem: Bu belirli dönemde IGBT tamamen doymuş bir duruma gelir ve VCE hiçbir değişiklik göstermez. Şimdi, kapı emitör voltajı VGE zamanla artmaya başlar.

Kapı Tahrik Akımı Nasıl Belirlenir

IGBT geçit sürücü akımı, dahili geçit serisi direncine Rg, sürücü devresinin sinyal kaynağı direncine Rs, cihazın iç direnci olan rg elemanına ve sürücü voltajı VGE'ye (AÇIK) bağlıdır.

Kapı sürücü akımı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır.

IG (tepe) = VGE (açık) / Rg + Rs + rg

Yukarıdakileri akılda tutarak, IGBT sürücü çıkış devresi, IG'ye eşdeğer veya daha büyük bir akım sürücü potansiyeli sağlayacak şekilde oluşturulmalıdır (tepe).

Tipik olarak tepe akımı, bir sürücü devresinde yer alan gecikme ve ayrıca kapı akımının dIG / dt yükselmesindeki gecikme nedeniyle formül kullanılarak belirlenen değerden daha küçük olur.

Bunlar, sürücü devresinden IGBT cihazının geçit bağlantı noktasına kadar olan kablolama endüktansı gibi hususlar nedeniyle meydana gelebilir.

Ek olarak, her bir açma ve kapama için anahtarlama özellikleri büyük ölçüde Rg'ye bağlı olabilir.

Bu nihayetinde anahtarlama süresini ve anahtarlama açıklarını etkileyebilir. Uygun bir Rg seçmek çok önemlidir cihazın kullanımdaki özelliklerine göre.

Sürücü Kaybı Hesaplaması

Sürücü devresinden geliştirilen tüm kayıplar yukarıda tartışılan direnç faktörleri tarafından emilirse, IGBT sürücü devresinde meydana gelen kayıplar aşağıda verilen formülle gösterilebilir. ( f anahtarlama frekansını gösterir).

P (Sürücü Kaybı) = VGE (açık) × Qg × f

Anahtarlama Özellikleri

IGBT'nin bir anahtarlama bileşeni olduğu düşünüldüğünde, açılma, kapanma hızı çalışma verimliliğini (kaybı) etkileyen ana faktörler arasındadır.

Şekil 16, bir IGBT'nin Endüktans Yükü anahtarlamasını ölçmek için kullanılabilecek devreyi göstermektedir.

Diyot kelepçesi endüktif yük L'ye paralel olarak bağlandığından, IGBT'nin açılma gecikmesi (veya açma kaybı) genellikle diyotun iyileşme süresi özelliklerinden etkilenir.

Anahtarlama Zamanı

Şekil 17'de gösterildiği gibi bir IGBT'nin Anahtarlama süresi 4 ölçüm periyoduna ayrılabilir.

Tj, IC, VCE, VGE ve Rg durumlarına göre her bir periyot için zamanın büyük ölçüde değişmesi nedeniyle, bu periyot aşağıdaki ana hatlarıyla değerlendirilir.

• td (açık) (açma gecikme süresi) : Geçit verici voltajının, ileri ön gerilim voltajının% 10'una uzandığı ve kolektör akımı% 10'a yükselene kadar bir seviyeye kadar uzandığı zaman noktası.
• tr (yükselme süresi) : Kolektör akımının% 10'dan% 90'a yükseldiği zaman noktası.
• td (kapalı) (kapanma gecikme süresi) : Geçit verici voltajının, ileri ön gerilimin% 90'ına ulaştığı ve kollektör akımı% 90'a düşene kadar bir seviyeye ulaştığı zaman noktası.
• tf (düşme zamanı) : Kollektör akımının% 90'dan% 10'a düştüğü zaman noktası.
• ttail (kuyruk zamanı) : IGBT kapatma dönemi bir kuyruk süresinden (kuyruk) oluşur. Bu, IGBT'nin kapanmasına ve toplayıcı-yayıcı voltajının artmasına neden olmasına rağmen, IGBT'nin toplayıcı tarafında kalan fazla taşıyıcı tarafından rekombinasyon yoluyla geri çekilmek için harcanan zaman olarak tanımlanabilir.

Dahili Diyot Özellikleri

Güç MOSFET'lerinin aksine, IGBT parazitik bir diyot içermez .

Sonuç olarak, motorlarda ve benzer uygulamalarda endüktans şarj kontrolü için önceden kurulmuş bir Hızlı Kurtarma Diyot (FRD) yongası ile birlikte gelen entegre bir IGBT kullanılır.

Bu tür ekipmanlarda, hem IGBT'nin hem de önceden kurulmuş diyotun çalışma verimliliği, ekipmanın çalışma verimliliğini ve gürültü paraziti oluşumunu önemli ölçüde etkiler.

Ek olarak, ters geri kazanım ve ileri voltaj nitelikleri, dahili diyotla ilgili çok önemli parametrelerdir.

Dahili Diyot Ters Kurtarma Özellikleri

Konsantre azınlık taşıyıcılar, anahtarlama durumu sırasında, ters eleman durumuna ulaşılana kadar diyottan ileri akım geçtiğinde boşaltılır.

Bu azınlık taşıyıcılarının tamamen serbest bırakılması için gereken süre, ters kurtarma süresi (trr) olarak bilinir.

Bu süre boyunca dahil olan operasyonel akım, ters geri kazanım akımı (Irr) olarak adlandırılır ve bu aralıkların her ikisinin de integral değeri, ters geri kazanım ücreti (Qrr) olarak bilinir.

Qrr = 1/2 (Irr x trr)

Trr zaman periyodunun eşit olarak kısa devre olduğu düşünülürse, çok büyük bir kayıp içerir.

Ek olarak, anahtarlama işlemi boyunca frekansı sınırlar. Genel olarak, hızlı trr ve indirgenmiş Irr (Qrris küçük) optimal kabul edilir.

Bu nitelikler, IGBT'nin ileri polarlama akımı IF, diF / dt ve bağlantı sıcaklığı Tj'ye büyük ölçüde bağlıdır.

Öte yandan, eğer trr hızlanırsa, di / dt, karşılık gelen toplayıcı-yayıcı voltajı dv / dt'de olduğu gibi, geri kazanım süresi boyunca daha dik hale gelir ve bu da gürültü oluşturma eğiliminde bir artışa neden olur.

Aşağıda, gürültü oluşumunun önlenebileceği yolları sağlayan örnekler yer almaktadır.

1. DiF / dt'yi azaltın (IGBT'nin açılma süresini azaltın).
2. Kollektör-yayıcı voltajını dv / dt'yi en aza indirmek için, toplayıcı ve cihazın vericisi boyunca bir söndürücü kapasitör ekleyin.
3. Yerleşik diyotu bazı yumuşak kurtarma diyotlarıyla değiştirin.

Ters geri kazanım özelliği, büyük ölçüde aygıtın voltaj / akım tolerans kapasitesine bağlıdır.

Bu özellik, ömür boyu yönetim, ağır metalik difüzyon ve çeşitli diğer teknikler kullanılarak geliştirilebilir.

Dahili Diyot İleri Gerilim Özellikleri

Şekil 19, standart bir IGBT'nin yerleşik diyotunun çıktı özelliklerini göstermektedir.

Diyot ileri voltajı VF, diyot boyunca akım IF diyotun ileri voltaj düşüşü yönünde çalıştığında üretilen voltaj düşüşünü belirtir.

Bu özellik, motor veya endüktif uygulamalarda geri EMF üretimi (serbest dönen diyot) sırasında güç kaybına neden olabileceğinden, daha küçük VF'nin seçilmesi önerilir.

Ek olarak, Şekil 19'da gösterildiği gibi, pozitif ve negatif sıcaklık katsayısı özellikleri, diyotun ileri akım büyüklüğü IF tarafından belirlenir.

Isıl Direnç Özellikleri

Şekil 20, IGBT'nin termal geçişlere ve entegre diyota karşı direnç özelliklerini göstermektedir.

Bu özellik, IGBT'nin bağlantı sıcaklığı Tj'yi belirlemek için kullanılır. Yatay eksen üzerinde gösterilen darbe genişliği (PW), tek atımlık darbeyi ve tekrar eden işlemlerin sonuçlarını tanımlayan anahtarlama süresini belirtir.

Örneğin, PW = 1ms ve D = 0.2 (görev döngüsü =% 20), tekrarlama periyodu T = 5ms olduğundan tekrarlama frekansının 200Hz olduğunu belirtir.

PW = 1ms ve D = 0.2 ve dağılım gücü Pd = 60W olarak düşünürsek, IGBT bağlantı sıcaklığındaki ΔTj artışını aşağıdaki şekilde belirlemek mümkündür:
ΔTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0.17 = 10.2

Kısa Devre Özellikleri Yük

İnvertörler gibi köprülü IGBT anahtarlama devreleri gerektiren uygulamalar, ünitenin bir çıkış kısa devresi durumunda bile, IGBT geçit voltajı KAPALI duruma gelene kadar geçen süre boyunca bir kısa devre (aşırı akım) koruma devresi, hasara karşı dayanıklılık ve koruma için zorunlu hale gelir. .

Şekil 21 ve 22, IGBT RBN40H125S1FPQ'nun kısa devre taşıma süresini ve kısa devre akımı işleme kapasitesini gösterir.

Bir IGBT'nin bu kısa devreye dayanma kapasitesi, genellikle tSC zamanı ile ilgili olarak ifade edilir.

Bu dayanma kabiliyeti, temel olarak IGBT'nin kapı-yayıcı voltajına, vücut sıcaklığına ve güç kaynağı voltajına göre belirlenir.

Kritik bir H-köprüsü IGBT devre tasarımı tasarlanırken buna bakılmalıdır.

Ek olarak, aşağıdaki parametreler açısından en uygun şekilde derecelendirilmiş bir IGBT cihazı tercih ettiğinizden emin olun.

1. Kapı yayıcı gerilimi VGE : Kapı voltajının artmasıyla birlikte kısa devre akımı da yükselir ve cihazın akım taşıma kapasitesi düşer.
2. Kasa sıcaklığı : IGBT'nin Tj durum sıcaklığındaki bir artışla, cihaz arıza durumuna ulaşıncaya kadar mevcut dayanma kapasitesi düşer. Güç kaynağı voltajı
3. VCC: Cihaza giriş besleme voltajı arttıkça, kısa devre akımı da artarak cihazın akım dayanma kapasitesinin bozulmasına neden olur.

Ayrıca, kısa devre veya aşırı yük koruma devresinin kısa devre akımını algıladığı ve kapı voltajını kapattığı anda, kısa devre akımı aslında IGBT'nin standart çalışma akımı büyüklüğünden inanılmaz derecede büyüktür.

Standart kapı direnci Rg kullanan bu önemli akımla kapatma işlemi sırasında, IGBT derecesini aşan büyük aşırı gerilim gelişimine neden olabilir.

Bu nedenle, kısa devre koşullarının üstesinden gelmek için uygun, normal kapı direnç değerinden en az 10 kat daha yüksek olan (yine de ileri öngerilim SOA değerinin içinde kalan) IGBT geçit direncini uygun şekilde seçmelisiniz.

Bu, kısa devre akımının kesildiği dönemlerde IGBT'nin toplayıcı-emitör ledleri boyunca aşırı gerilim oluşumunu engellemek içindir.

Ek olarak, kısa devre dayanım süresi tSC, dalgalanmanın diğer ilişkili cihazlar arasında dağılımına neden olabilir.

Kısa devre koruma devresinin çalışmaya başlaması için gereken standart zaman çerçevesinin minimum 2 katı yeterli marj sağlamak için özen gösterilmelidir.

175 ℃ için Maksimum Bağlantı Sıcaklığı Tjmax

Çoğu yarı iletken cihazın bağlantı sıcaklığı Tj için mutlak maksimum derecelendirme 150 ℃'dur, ancak Tjmax = 175 ℃, artan sıcaklık özelliklerine dayanmak için yeni nesil cihazların gerekliliğine göre ayarlanır.
.
Tablo 3, yüksek durum sıcaklıklarında çalışırken 175 ℃'a dayanacak şekilde tasarlanmış IGBT RBN40H125S1FPQ için test koşullarının iyi bir örneğini göstermektedir.

Tjmax = 175 ℃'da etkili operasyonları garanti etmek için, 150 ℃'de standart tutarlılık testi için parametrelerin çoğu iyileştirildi ve operasyonel doğrulama gerçekleştirildi.

Bunu söyledikten sonra, test alanları cihaz özelliklerine göre değişir.

Ek bilgi için, uygulayabileceğiniz cihazla ilgili güvenilirlik verilerini doğruladığınızdan emin olun.

Aynı şekilde, Tjmax değerinin sadece sürekli çalışma için bir kısıtlama olmadığını, aynı zamanda düzenleme için bir an için bile aşılmaması gereken bir şartname olduğunu unutmayın.

AÇMA / KAPATMA anahtarlaması sırasında bir IGBT için kısa bir an için bile yüksek sıcaklık dağılımına karşı güvenlik kesinlikle dikkate alınmalıdır.

Tj = 175 ℃ olan maksimum arıza durumu sıcaklığını hiçbir şekilde aşmayan bir ortamda IGBT ile çalıştığınızdan emin olun.

IGBT Kayıpları

İletim Kaybı: Bir IGBT aracılığıyla endüktif bir yüke güç sağlarken, oluşan kayıplar temelde iletim kaybı ve anahtarlama kaybı olarak kategorize edilir.

IGBT tamamen AÇIK hale gelir gelmez meydana gelen kayıp, iletim kaybı olarak adlandırılırken, IGBT'nin AÇIK'dan KAPALI'ya veya KAPALI'dan AÇIK'a geçmesi sırasında meydana gelen kayıp, anahtarlama kaybı olarak bilinir.

Kayıp, aşağıda verilen formülde gösterildiği gibi gerilim ve akımın uygulanmasına bağlı olduğundan, cihaz iletken haldeyken bile kollektör-emitör doyma geriliminin VCE (sat) etkisiyle kayıp meydana gelir.

Kayıp, IGBT içinde ısı oluşumuna neden olabileceğinden, VCE (sat) minimum düzeyde olmalıdır.
Kayıp (P) = gerilim (V) × akım (I)
Açma kaybı: P (AÇIK konuma getirin) = VCE (sat) × IC

Anahtarlama Kaybı: IGBT kaybının anahtarlama süresi kullanılarak tahmin edilmesi zor olabileceğinden, devre tasarımcılarının anahtarlama kaybını belirlemelerine yardımcı olmak için ilgili veri sayfalarına referans tabloları dahil edilmiştir.

Aşağıdaki Şekil 24, IGBT RBN40H125S1FPQ için anahtarlama kaybı özelliklerini göstermektedir.

Eon ve Eoff faktörleri, kollektör akımı, geçit direnci ve çalışma sıcaklığından büyük ölçüde etkilenir.

Eon (Açma enerji kaybı)

Bir endüktif yük için IGBT'nin açılma işlemi sırasında oluşan kayıp hacmi ve diyotun ters geri kazanımındaki geri kazanım kaybı.

Eon, kapı voltajının IGBT'ye beslendiği ve kolektör akımının hareket etmeye başladığı noktadan, IGBT'nin tamamen AÇIK duruma geçtiği ana kadar hesaplanır.

Eoff (Enerji kaybını kapat

Kuyruk akımını içeren endüktif yükler için kapatma döneminde ortaya çıkan kaybın büyüklüğüdür.

Eoff, kapı akımının henüz kesildiği ve kollektör-emitör voltajının yükselmeye başladığı noktadan, IGBT'nin tamamen kapalı konuma geldiği noktaya kadar ölçülür.

Özet

Yalıtımlı geçit iki kutuplu transistör (IGTB) cihazı, temelde elektronik anahtar olarak kullanılan ve aynı zamanda daha yeni cihazlarda son derece hızlı anahtarlama ve yüksek verimlilik kombinasyonu sağladığı bilinen bir tür üç terminalli güç yarı iletken cihazıdır.

Yüksek Akım Uygulamaları için IGBT'ler

VFD'ler (Değişken Frekanslı Sürücüler), VSF'ler (değişken hızlı buzdolapları), trenler, anahtarlama amplifikatörlü stereo sistemler, elektrikli arabalar ve klimalar gibi bir dizi modern cihaz, elektrik gücünü değiştirmek için yalıtımlı kapılı bipolar transistör kullanır.

Tükenme modu IGBT sembolü

Amplifikatörlerin yalıtımlı kapılı bipolar transistör kullanması durumunda, genellikle düşük geçişli filtreler ve darbe genişliği modülasyonu ile birlikte doğada karmaşık olan dalga formlarını sentezler ve yalıtımlı kapılı bipolar transistör temelde hızlı ve hızlı bir şekilde açılıp kapanacak şekilde tasarlanmıştır.

Darbe tekrarlama oranları, anahtarlama uygulamasından oluşan modern cihazlarla övünür ve cihazlar bir şekilde kullanıldığında, cihaz tarafından işlenen en yüksek ses frekansından on kat daha yüksek frekanslar olan ultrasonik aralığa oldukça uygundur. analog ses amplifikatörü.

Yüksek akım ve basit bir geçit sürücünün özelliklerinden oluşan MOSFET'ler, IGTB tarafından düşük doygunluk voltaj kapasitesine sahip iki kutuplu transistörlerle birleştirilir.

IGBT'ler, BJT ve Mosfet'in Bir Kombinasyonudur

Tek bir cihaz, anahtar görevi gören bipolar güç transistörü ile kontrol girişi olarak görev yapan izole bir geçit FET'i birleştirerek IGBT tarafından yapılır.

Yalıtımlı kapılı iki kutuplu transistör (IGTB), büyük ölçüde birbirine paralel yerleştirilmiş birden fazla cihazdan oluşan uygulamalarda kullanılır ve çoğu zaman, yüzlerce amper aralığında olan çok yüksek akımı işleme kapasitesine sahiptir. Yüzlerce kilovata eşit olan 6000V'luk bir engelleme voltajı, indüksiyonlu ısıtma, anahtarlamalı güç kaynakları ve çekiş motoru kontrolü gibi orta ila yüksek güç kullanır. Boyutları büyük olan yalıtımlı kapılı iki kutuplu transistörler.

IGBT'ler En Gelişmiş Transistörlerdir

Yalıtılmış kapılı bipolar transistör (IGTB), zamanın yeni ve yeni bir icadıdır.

1980'lerde ve 1990'ların ilk yıllarında icat edilen ve piyasaya sürülen ilk nesil cihazların göreceli olarak yavaş geçiş sürecine sahip olduğu ve mandal gibi farklı modlarla (cihazın açılmaya devam edeceği ve açılmayacağı) arızaya eğilimli olduğu bulundu. akım cihazdan akmaya devam edene kadar kapalı) ve ikincil arıza (cihazdan yüksek akım geçtiğinde, cihazda bulunan lokalize bir sıcak nokta termal kaçağa girer ve sonuç olarak cihazı yakar).

İkinci nesil cihazlarda ve bloktaki en yeni cihazlarda çok fazla gelişme gözlemlendi, üçüncü nesil cihazlar birinci nesil cihazlardan bile daha iyi kabul ediliyor.

Yeni Mosfetler IGBT'lerle Rekabet Ediyor

Üçüncü nesil cihazlar, hız rekabeti ve mükemmel düzeyde tolerans ve sağlamlığa sahip MOSFET'lerden oluşur.

İkinci ve üçüncü nesil cihazlar, plazma fiziği ve parçacık gibi çeşitli alanlarda büyük güç darbeleri üretmek için onları çok faydalı kılan son derece yüksek darbe oranından oluşur.

Böylece, ikinci ve üçüncü nesil cihazlar, plazma fiziğinin ve parçacığın bu alanlarında kullanılan tetiklenen kıvılcım boşlukları ve tiratronlar gibi çoğunlukla tüm eski cihazların yerini almıştır.

Bu cihazlar aynı zamanda, yüksek darbe değerleri ve piyasada düşük fiyatlarla bulunabilme özellikleri nedeniyle yüksek voltaj meraklıları için de caziptir.

Bu, hobicinin bobin sakızları ve Tesla bobinleri gibi cihazları çalıştırmak için büyük miktarda gücü kontrol etmesini sağlar.

Yalıtımlı kapılı çift kutuplu transistörler uygun fiyat aralığında mevcuttur ve bu nedenle hibrit otomobiller ve elektrikli araçlar için önemli bir kolaylaştırıcı görevi görür.

Nezaket: Renesas