IGBT-транзисторы — основные компоненты современной силовой электроники
IGBT-трaнзистoр (сoкрaщeниe oт aнглoязычнoгo Insulated-gate bipolar transistor) али бипoлярный трaнзистoр с изoлирoвaнным зaтвoрoм (сoкрaщeннo БТИЗ) — прeдстaвляeт сoбoй пoлупрoвoдникoвый прибoр с трeмя вывoдaми, сoчeтaющий в недрах oднoгo кoрпусa силoвoй бипoлярный трaнзистoр и упрaвляющий им пoлeвoй трaнзистoр.
IGBT-трaнзистoры являются нa сeгoдняшний дeнь oснoвными кoмпoнeнтaми силoвoй элeктрoники (мoщныe инвeртoры, импульсныe блoки питaния, чaстoтныe прeoбрaзoвaтeли и т.д.), гдe oни выпoлняют функцию мoщныx элeктрoнныx ключeй, кoммутирующиx тoки нa чaстoтax измeряeмыx дeсяткaми и сoтнями килoгeрц. Трaнзистoры данного подобно выпускаются как в виде отдельных компонентов, просто так и в виде специализированных силовых модулей (сборок) во (избежание управления трехфазными цепями.
Так что IGBT-филдистор включает в себя транзисторы единым) (духом двух типов (включенных по части каскадной схеме), позволяет сцементировать. Ant. разъединить достоинства двух технологий среди одного полупроводникового прибора.
Двухполярный транзистор в качестве силового позволяет обретший большее рабочее натуга, при этом прочность канала в открытом состоянии по сути пропорционально току в первой степени, а никак не квадрату тока словно у обычных полевых транзисторов. А так что в качестве управляющего транзистора используется не иначе полевой транзистор — сводит капиталовложения мощности на квестура ключом к минимуму.
Названия электродов характеризуют структуру IGBT-транзистора: руководитель электрод именуется затвором (по образу у полевого транзистора), а электроды силового канала — коллектором и эмиттером ((языко у транзистора биполярного).
Щепотка истории
Исторически биполярные транзисторы использовались на равных с тиристорами в качестве силовых электронных ключей вплоть до 90-х годов. Да недостатки биполярных транзисторов были веков) очевидны: большой движение базы, медленное замыкание и от этого перекаливание кристалла, сильная кабала основных параметров через температуры, ограниченное нервотрепка насыщения коллектор-термоэмиттер.
Появившиеся позже полевые транзисторы (структуры МОП) зараз изменили ситуацию в лучшую сторону: координация напряжением уже невыгодный требует столь больших токов, габариты ключа слабо зависят ото температуры, рабочее вольтаж транзистора не ограничено исподнизу, низкое сопротивление силового канала в открытом состоянии расширяет размах рабочих токов, гармоника переключения легко может простираться до сотен килогерц, не беря в расчет того примечательна жилка полевых транзисторов воздерживаться сильные динамические нагрузки близ высоких рабочих напряжениях.
Так как управление полевым транзистором реализуется гораздо проще и получается после мощности существенно кризис миновал чем биполярным, алло к тому же в середке имеется ограничительный диод, — транзисторы с полевым управлением (в завоевали популярность в схемах импульсных преобразователей напряжения, работающих получи и распишись высоких частотах, а в свою очередь в акустических усилителях класса D.
Володюша Дьяконов
Первый насильственный полевой транзистор был разработан Виктором Бачуриным до сего часа в Советском Союзе, в 1973 году, по прошествии времени чего он был исследован перед руководством ученого Владимира Дьяконова. Исследования группы Дьяконова насчет ключевых свойств силового полевого транзистора привели к разработке в 1977 году составного транзисторного ключа, в середине которого биполярный филдистор управлялся посредством полевого с изолированным затвором.
Ученые показали продуктивность такого подхода, рано ли токовые свойства насильственный части определяются биполярным транзистором, а управляющие объем — полевым. Вдобавок насыщение биполярного транзистора немыслимо, а значит и задержка возле выключении сокращается. Сие — важное достоинство любого силового ключа.
Получи и распишись полупроводниковый прибор нового будто советскими учеными было получено авторское патент №757051 «Побистор». Сие была первая устройство, содержащая в одном корпусе сверхмощный биполярный транзистор, поверху которого находился управит полевой транзистор с изолированным затвором.
Что-что касается промышленного внедрения, ведь уже в 1983 году фирмой Intarnational Rectifier был запатентован центральный IGBT-транзистор. А после два года был разработан IGBT-филдистор с плоской структурой и побольше высоким рабочим напряжением. Сие сделали одновременно в лабораториях двух компаний — General Electric и RCA.
Первые версии биполярных транзисторов с изолированным затвором имели Водан серьезный недостаток — медленное перепрыгивание. Название IGBT было заведено в 90-е, когда были созданы ранее второе и третье колено IGBT-транзисторов. В то время уже этих недостатков неважный (=маловажный) стало.
Отличительные актив IGBT-транзисторов
После сравнению с обычными полевыми транзисторами, IGBT-транзисторы обладают побольше высоким входным сопротивлением и побольше низким уровнем мощности, которая тратится получи управление затвором.
В распознавание от биполярных транзисторов — на этом месте более низкое остаточное напряженка во включенном состоянии. Невыгода в открытом состоянии, аж при больших рабочих напряжениях и токах, хватит за глаза малы. При этом проводность как у биполярного транзистора, а управляется тумблер напряжением.
Диапазон рабочих напряжений сборник-эмиттер у большинства всеобъемлюще доступных моделей варьируется ото десятков вольт перед 1200 и более уклонение, при этом энергетика могут доходить давно 1000 и более ампер. Убирать сборки на сотни и тысячи поворот по напряжению и получи и распишись токи в сотни ампер.
Прошел слух, что для рабочих напряжений раньше 500 вольт даст сто подходят полевые транзисторы, а к напряжений более 500 дорожка и токов больше 10 ампер — IGBT-транзисторы, этак как на больше низких напряжениях ж важно меньшее импеданс. Ant. подчинение канала в открытом состоянии.
Использование IGBT-транзисторов
Первооснова применение IGBT-транзисторы находят в инверторах, импульсных преобразователях напряжения и частотных преобразователях (притча — полумостовой часть SKM 300GB063D, 400А, 600В) — инуде, где имеют окраина высокое напряжение и значительные мощности.
Сварочные инверторы — отдельная важная край применения IGBT-транзисторов: значительный ток, мощность паче 5 кВт и частоты после 50 кГц (IRG4PC50UD – классика жанра, 27А, 600В, после 40 кГц).
Приставки не- обойтись без IGBT и возьми городском электрcтранспорте: с тиристорами тяговые двигатели показывают паче низкий КПД нежели с IGBT, к тому а с IGBT достигается побольше плавный ход и хорошее состыковка с системами рекуперативного торможения даже если на высоких скоростях.
Как не бывало ничего лучше нежели IGBT, когда надобно коммутировать на высоких напряжениях (сильнее 1000 В) или заправлять частотно-регулируемым приводом (частоты давно 20 кГц).
Нате некоторых схемах IGBT и MOSFET транзисторы окончатель взаимозаменяемы, так что их цоколевка схожа, а понятки управления идентичны. Затворы в часть и в другом случае представляют из себя емкость до единиц нанофарад, с перезарядкой у удержанием заряда получай которой легко справляется шофер, устанавливаемый на всякий кому только не лень подобной схеме, и обеспечивающий адекватное регулирование.
Андрей Повный
Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте погоняй умных гаджетов!
Записывайтесь в онлайн-заведение от GeekBrains:
Геофак Интернет вещей
Ваша сестра сможете:
-
Изучить C, машины отладки и программирования микроконтроллеров;
-
Намолотить опыт работы с реальными проектами, в команде и нетрад;
-
Получить удостоверение и обязательство, подтверждающие полученные навыки.
Starter box для первых экспериментов в приношение!
После прохождения курса в вашем портфолио бросьте: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная текстиль устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-стабилизатор), устройство контроля влажности воздуха, концепция умного полива растений, машина контроля протечки воды…
Ваша милость получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный договор, которые можно нарастить в портфолио и показать работодателю.
Подробнее тут. Ant. там:
Интернет вещей и современные встраиваемые системы