igbt модуль

27 Giu igbt модуль

Но в случае IGBT, как и в случае с MOSFET, нам необходимо обеспечить постоянное напряжение на затворе, а насыщение поддерживается в постоянном состоянии. Стандартные силовые биполярные транзисторы имеют очень медленный отклик, тогда как MOSFET подходят для приложений с быстрым переключением, но MOSFET является дорогостоящим выбором, когда требуется более высокий номинальный ток. Поэтому IGBT подходит для замены силовых биполярных транзисторов и силовых MOSFET .

Модуль IGBT

В случае биполярного транзистора мы рассчитываем коэффициент усиления, обозначаемый как Бета (β), путем деления выходного тока на входной ток. Диапазон использования — от десятков до 1200 ампер по току, от сотен вольт до 10 кВ по напряжению. В диапазоне токов до десятков ампер и напряжений до примерно 500 В целесообразно применение обычных МОП- (МДП-) транзисторов, а не БТИЗ, так как при низких напряжениях полевые транзисторы обладают меньшим сопротивлением.

• Это существенно увеличивает стоимость преобразователей и усложняет их производство.
• Стандартные силовые биполярные транзисторы имеют очень медленный отклик, тогда как MOSFET подходят для приложений с быстрым переключением, но MOSFET является дорогостоящим выбором, когда требуется более высокий номинальный ток.
• Это необходимо для исключения перенапряжений, вызванных перезарядкой внутренних индуктивностей.
• Кроме того, IGBT обеспечивает более низкое сопротивление в открытом состоянии по сравнению с биполярным транзистором, и благодаря этому свойству IGBT является термоэффективным в приложениях, связанных с высокой мощностью.
• Применение биполярных транзисторов существенно ограничивает невысокий коэффициент передачи тока, значительный температурный разброс этого параметра, управление знакопеременным напряжением, невысокая плотность тока силовой цепи.
• Это то же самое, что и переключение биполярного транзистора и MOSFET.
• В правой схеме ток, протекающий через нагрузку, зависит от напряжения, деленного на значение RS .
• При транспортировке и хранении выводы затвора и эмиттера заворачивают перемычками, которые не снимают до монтажа.
• Внутреннее сопротивление драйвера управления должно выбираться в пределах диапазона конкретного модуля с учетом динамических потерь.
• При подаче на изолированный затвор управляющего напряжения, область р образует открытый канал, включая полевой транзистор, который в свою очередь отпирает биполярный p-n-p элемент.

Применение биполярных транзисторов существенно ограничивает невысокий коэффициент передачи тока, значительный температурный разброс этого параметра, управление знакопеременным напряжением, невысокая плотность тока силовой цепи. Первые силовые электронные устройства были выполнены на базе тиристоров и биполярных транзисторов. When you loved this short article and you would want to receive details regarding https://ebvnews.ru/ebv/igbt/ please visit the page. Первые при всех своих достоинствах не могут обеспечить необходимое быстродействие, управляемые тиристоры используют в среднечастотной области.

Основные полупроводниковые элементы силовой электроники сейчас – полевые транзисторы (MOSFET), биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). В левом случае разность напряжений VIN, которая представляет собой разность потенциалов входа (затвора) с землей/VSS, контролирует выходной ток, текущий от коллектора к эмиттеру. Разница напряжений между VCC и GND практически одинакова на нагрузке.

При параллельном включении также учитывают увеличившуюся входную емкость, драйвер управления должен обеспечить заданную скорость коммутации. Как и биполярные транзисторы, IGBT способны накапливать заряд, который является причиной остаточного тока и нагрева прибора при запирании. Между электродами и переходами полевой и биполярной элементной ячейки образуются паразитные емкости.

• Нагрузка подключается через коллектор, а резистор токовой защиты подключается к эмиттеру.
• Длительность импульсов напряжения выхода драйвера должна быть меньше времени коммутации транзисторов в 5-10 раз.
• В схемы с биполярными транзисторами приходится включать дополнительные цепи, обеспечивающие управление и защиту полупроводниковых элементов.
• Использование IGBT транзистора для переключения более наглядно можно посмотреть в следующем видео.
• Коэффициент усиления IGBT — это отношение изменения выходного тока к изменению напряжения на входном затворе .
• Для установки модуля нужно обязательно применять термопасту без твердых включений.
• Современные IGBT транзисторы могут работать на частотах до 75кГц при рабочем напряжении 1200В и токе до 78А.
• Из-за больших токов большой ток биполярного транзистора контролируется напряжением затвора MOSFET.
• Быстродействие силовых элементов с изолированным затвором превосходит скорость коммутации биполярных транзисторов, но уступает элементам MOSFET.
• В области стока нанесен еще один дополнительный p+-слой, который образует биполярный транзистор.
• Разница между напряжением затвор-эмиттер называется Vge, а разница напряжений между коллектором и эмиттером называется Vce .
• В этом случае выбирают транзисторы IGBT с одинаковым пороговым напряжением во включенном состоянии.

Затвор БТИЗ (как и МОП-транзистора) для управляющей схемы эквивалентно является конденсатором с ёмкостью, достигающей единиц нанофарад (для мощных приборов), что определяет импульсный характер тока затвора. Драйвер затвора должен быть способным быстро перезаряжать эту ёмкость, чтобы обеспечить быстрое переключение транзистора. В этом случае выбирают транзисторы IGBT с одинаковым пороговым напряжением во включенном состоянии. Разница в параметрах приводит к несимметричному току на транзисторах.

Длительность импульсов напряжения выхода драйвера должна быть меньше времени коммутации транзисторов в 5-10 раз. Микросхемы вырабатывают управляющие импульсы, обеспечивают коммутацию ключей в нужном частотном диапазоне, согласовывают работу полупроводниковых устройств с блоком управления. В области частот кГц потери мощности на IGBT-транзисторах малы и не вызывают сильного нагрева, который приводит к тепловому пробою. Применение электронных ключей позволяет упростить схему преобразователей, значительно уменьшить габариты устройств, улучшить технические характеристики. Использование IGBT транзистора для переключения более наглядно можно посмотреть в следующем видео.

Современные IGBT транзисторы могут работать на частотах до 75кГц при рабочем напряжении 1200В и токе до 78А. В PNP-транзисторе коллектор и эмиттер представляют собой путь проводимости, и когда IGBT включен через него проходит ток. Это предотвратит увеличение напряжения при резком скачке тока и выход полупроводникового устройства из режима насыщения. Для снижения выравнивающих токов в цепи эмиттера ставят резистор номиналом до 0,1 от эквивалентного сопротивления транзистора. В схемы с биполярными транзисторами приходится включать дополнительные цепи, обеспечивающие управление и защиту полупроводниковых элементов.

Характеристики IGBT транзистора

Время рассасывания заряда для IGBT прибора составляет всего 0,2-1,5 мкс, при коммутации с частотой кГц для надежной работы транзисторов не нужно включать в схему дополнительные цепи. При подаче на изолированный затвор управляющего напряжения, область р образует открытый канал, включая полевой транзистор, который в свою очередь отпирает биполярный p-n-p элемент. При открытой биполярной ячейке, остаточное напряжение в n–-области падает еще благодаря потокам электронов и дырок. Сопротивление канала IGBT-элементов растет пропорционально току, зависимость потерь от величины тока не квадратичная, как у транзисторов MOSFET. Быстродействие силовых элементов с изолированным затвором превосходит скорость коммутации биполярных транзисторов, но уступает элементам MOSFET.

• Применение электронных ключей позволяет упростить схему преобразователей, значительно уменьшить габариты устройств, улучшить технические характеристики.
• Для снижения выравнивающих токов в цепи эмиттера ставят резистор номиналом до 0,1 от эквивалентного сопротивления транзистора.
• Напряжение цепи «коллектор-эмиттер» для снижения динамических потерь и обеспечения стабильной работы транзистора при отпирании ключа должно составлять +15±10% В, при запирании -7…-15 В.
• На изображении выше показано использование IGBT транзистора для переключения.
• Выпускаются как отдельные приборы БТИЗ, так и силовые сборки (модули) на их основе, например, для управления цепями трёхфазного тока.
• Разница напряжений между VCC и GND практически одинакова на нагрузке.
• В диапазоне токов до десятков ампер и напряжений до примерно 500 В целесообразно применение обычных МОП- (МДП-) транзисторов, а не БТИЗ, так как при низких напряжениях полевые транзисторы обладают меньшим сопротивлением.
• Напряжение затвора МОП-транзистора изменило проводимость выходного тока.
• ВАХ IGBT транзистора почти идентична кривой передачи биполярного транзистора, но только на ней вместо тока показано Vge, поскольку IGBT является устройством, управляемым напряжением.
• При нанесении теплопроводящего материала избегают его попадания на радиатор и в гнезда для резьбовых соединений.
• Падение напряжения на открытом IGBT зависит от температуры гораздо меньше аналогичного параметра MOSFET-транзисторов.
• На следующем рисунке показана передаточная характеристика IGBT транзистора.

Характеристики материала должны сохраняться при любой температуре эксплуатации на протяжении всего срока службы. Перед нанесением пасты контактные поверхности охладителя и подложки обезжиривают безворсовой тканью, смоченной в растворителе. При нанесении теплопроводящего материала избегают его попадания на радиатор и в гнезда для резьбовых соединений. Для уменьшения помех необходимо подключать драйвер к модулю витой парой или устанавливать плату на контакты управления модулем.

В области стока нанесен еще один дополнительный p+-слой, который образует биполярный транзистор. На следующем рисунке показано использование IGBT транзистора для переключения в схеме. Кроме того, IGBT обеспечивает более низкое сопротивление в открытом состоянии по сравнению с биполярным транзистором, и благодаря этому свойству IGBT является термоэффективным в приложениях, связанных с высокой мощностью.

Из-за больших токов большой ток биполярного транзистора контролируется напряжением затвора MOSFET. Динамические потери возникают при открывании и запирании транзистора. Они определяются по графику и зависят от частоты коммутаций, температуры, напряжения на коллекторе, тока в момент переключения. Как мы видим, его обозначение включает в себя часть коллектор-эмиттер транзистора и часть затвора МОП-транзистора. Первый промышленный образец БТИЗ был запатентован International Rectifier в 1983 году.

IGBT транзисторы

Позднее, в 1985 году, был разработан БТИЗ с полностью планарной структурой (без V-канала) и более высокими рабочими напряжениями. Это произошло почти одновременно в лабораториях фирм General Electric (Скенектади, штат Нью-Йорк) и RCA (Принстон, штат Нью-Джерси). Второе (появилось в 1990-е годы) и третье (современное) поколения IGBT в целом избавлено от этих недостатков. Полевые МОП-транзисторы легко управляются, что свойственно транзисторам с изолированным затвором, и имеют встроенный диод утечки для ограничения случайных бросков тока. Типичные применения этих транзисторов — импульсные преобразователи напряжения с высокими рабочими частотами, аудиоусилители (так называемого класса D). В области частот кГц ключи на транзисторах GBT значительно превосходят устройства на полупроводниковых приборах других типов.

БТИЗ применяют при работе с высокими напряжениями (более 1000 В), высокой температурой (более 100 °C) и высокой выходной мощностью (более 5 кВт). Полупроводниковые устройства могут применяться при напряжении 10 кВ и коммутации токов до 1200 А. На базе IGBT производят частотные преобразователи для электроприводов, бестрансформаторные конверторы и инверторы, сварочное оборудование, регуляторы тока для мощных приводов. Внутреннее сопротивление драйвера управления должно выбираться в пределах диапазона конкретного модуля с учетом динамических потерь.

Выпускаются как отдельные приборы БТИЗ, так и силовые сборки (модули) на их основе, например, для управления цепями трёхфазного тока. Для эффективного охлаждения полупроводниковых модулей необходимо подготовить поверхность радиатора и обеспечить плотное прилегание подложки прибора к охладителю. Шероховатость поверхностей должна быть не более 10 мкм, отклонение от параллельности –меньше 20 мкм на расстоянии до 10 см. Для борьбы с токами короткого замыкания в цепь «затвор – эмиттер» включают защиту. Для ограничения перенапряжений при переключении транзисторов используют RC- и RCD-фильтры, включаемые в силовую цепь.