מה זה IGBT: עבודה, מאפייני החלפה, SOA, שער נגד, נוסחאות

IGBT מייצג שער מבודד-טרנזיסטור דו קוטבי , מוליך למחצה כוח הכולל את תכונות של MOSFET מהירות גבוהה, החלפת שער תלוי במתח, ומאפייני ההתנגדות המינימליים (מתח רוויה נמוך) מינימאלי של a BJT .

איור 1 מציג מעגל שווה ערך ל- IGBT, כאשר טרנזיסטור דו קוטבי עובד עם אדריכל שער MOS, בעוד שמעגל IGBT דומה הוא למעשה תערובת של טרנזיסטור MOS וטרנזיסטור דו קוטבי.

IGBT, המבטיחים מהירות מיתוג מהירה יחד עם מאפייני מתח רוויה מינימליים, משמשים בטווח נרחב, החל ביישומים מסחריים כמו ביחידות רתמת אנרגיה סולארית ואספקת חשמל ללא הפרעה (UPS), וכלה בשדות אלקטרוניים צרכניים, כמו בקרת טמפרטורה עבור כיריים לתנור אינדוקציה , ציוד מיזוג אוויר PFC, ממירים וסטרובוסקופים למצלמות דיגיטליות.

איור 2 להלן מגלה הערכה בין IGBT, טרנזיסטור דו קוטבי ופריסות ותכונות פנימיות של MOSFET. המסגרת הבסיסית של ה- IGBT זהה לזו של MOSFET שמכניסים שכבת p + לנקז (אספן), וגם צומת pn נוסף.

מסיבה זו, בכל פעם שנושאי מיעוטים (חורים) נוטים להיות מוחדרים דרך שכבת p + אל שכבת ה- n עם אפנון מוליכות, ההתנגדות של שכבת ה- n מופחתת באופן דרמטי.

כתוצאה מכך, ה- IGBT מספק הפחתה מתח רוויה (התנגדות ON קטנה יותר) בהשוואה ל- MOSFET בעת התמודדות עם זרם עצום, ובכך מאפשר הפסדי הולכה מינימליים.

עם זאת, בהתחשב בכך שעבור נתיב זרימת התפוקה של חורים, הצטברות נושאי מיעוט בתקופות הכיבוי, אסורה בגלל תכנון ה- IGBT המסוים.

מצב זה מוליד תופעה המכונה זרם הזנב , שבו ההאטה לכיבוי. כאשר זרם הזנב מתפתח, תקופת המעבר מתעכבת ומאוחרת, יותר מזו של MOSFET, וכתוצאה מכך עלייה באבידות זמן ההחלפה במהלך תקופות הכיבוי של IGBT.

דירוג מרבי מוחלט

מפרטים מרביים מוחלטים הם הערכים המיועדים להבטחת יישום בטוח ויציב של IGBT.

חציית ערכי המקסימום המוחלטים שצוינו אפילו לרגע עלולה לגרום להרס או פירוק של המכשיר, לכן אנא דאג לעבוד עם IGBT בתוך הדירוגים המרביים הנסבלים, כפי שמוצע להלן.

תובנות יישום

גם אם פרמטרי היישום המומלצים כגון טמפרטורת עבודה / זרם / מתח וכו 'נשמרים בדירוגים המקסימליים המוחלטים, במקרה של IGBT לעיתים קרובות עומס יתר (טמפרטורה קיצונית, אספקת זרם / מתח גדולה, נדנדות טמפרטורה קיצוניות וכו'), עמידות המכשיר עלולה להיפגע קשות.

מאפיינים חשמליים

הנתונים הבאים מודיעים לנו על המינוחים והפרמטרים השונים הכרוכים ב- IGBT, המשמשים בדרך כלל להסבר ולהבנת עבודתו של IGBT באופן מפורט.

זרם אספן, פיזור אספן : איור 3 מדגים את צורת גל פיזור הטמפרטורה של הקולט של ה- IGBT RBN40H125S1FPQ. פיזור האספנים המרבי הנסבל מוצג לטמפרטורות שונות.

הנוסחה המוצגת להלן הופכת להיות חלה במצבים בהם טמפרטורת הסביבה TC = 25 מעלות צלזיוס ומעלה.

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

בתנאים בהם טמפרטורת הסביבה TC היא = 25 ℃ ומטה, פיזור קולט ה- IGBT מוחל בהתאם לדירוג המקסימלי שלהם.

הנוסחה לחישוב זרם האספן של IGBT היא:

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

עם זאת האמור לעיל הוא הנוסחה הכללית, הוא פשוט חישוב תלוי טמפרטורה של המכשיר.

זרם אספן של IGBT נקבע על ידי מתח הרוויה של אספן / פולט VCE (sat), וגם בהתאם לתנאי הזרם והטמפרטורה שלהם.

בנוסף, זרם האספן (שיא) של IGBT מוגדר על ידי כמות הזרם שהוא יכול לטפל בו, אשר בתורו תלוי באופן התקנתו ובאמינותו.

מסיבה זו, מומלץ למשתמשים לא לחרוג ממגבלת ה- IGBT המרבית המותרת בעת השימוש בהם ביישום מעגל נתון.

מצד שני, גם אם זרם הקולט עשוי להיות נמוך מהדירוג המרבי של המכשיר, הוא עלול להיות מוגבל על ידי טמפרטורת הצומת של היחידה או אזור הפעולה הבטוח.

לכן הקפד לשקול תרחישים אלה בעת הטמעת IGBT. שני הפרמטרים, זרם הקולט ופיזור הקולט נקבעים בדרך כלל לדירוגים המקסימליים של המכשיר.

אזור הפעלה בטוח

ה

ה- SOA של IGBT מורכב מ- SOA עם הטיה קדימה ו- SOA של הטיה הפוכה, אולם מכיוון שטווח הערכים המסוים יכול להיות שונה בהתאם למפרט המכשיר, מומלץ למשתמשים לאמת את העובדות המקבילות בגיליון הנתונים.

אזור הפעלה של הטיה קדימה

איור 5 ממחיש את אזור הפעולה ההטיה הקדמית (FBSOA) של ה- IGBT RBN50H65T1FPQ.

ה- SOA מחולק לארבעה אזורים בהתאם למגבלות מסוימות, כמפורט להלן:

• השטח מוגבל על ידי זרם הדופק IC (השיא) המדורג הגבוה ביותר.
• שטח מוגבל על ידי אזור פיזור אספנים
• שטח מוגבל על ידי התמוטטות המשנית. זכור כי תקלה מסוג זה גורמת לצמצום אזור ההפעלה הבטוח של IGBT, למעט כאשר ההתקן כולל שולי פירוט משניים.
• שטח מוגבל על ידי אספן מקסימלי לדירוג VCES של מתח הפולט.

אזור הפעלה בטוח עם הטיה הפוכה

איור 6 מדגים את אזור הפעולה ההטיה ההפוכה (RBSOA) של ה- IGBT RBN50H65T1FPQ.

מאפיין מסוים זה פועל בהתאם להטיה ההפוכה של הטרנזיסטור הדו קוטבי.

בכל פעם שמספקת הטיה הפוכה, שאינה כוללת הטיה, מעבר לשער ולפולט ה- IGBT במהלך תקופת הכיבוי שלו בעומס אינדוקטיבי, אנו מוצאים מתח גבוה המועבר לפולט הקולט של ה- IGBT.

במקביל, זרם גדול נע כל הזמן כתוצאה מחור שיורי.

עם זאת, בתפקוד זה לא ניתן להשתמש בהטיית ה- SOA קדימה, ואילו ניתן להשתמש בהטיה ההפוכה.

ההטיה ההפוכה של SOA מחולקת לשני אזורים מוגבלים, כפי שמוסבר בנקודות הבאות בסופו של דבר האזור הוקם על ידי אימות נהלי התפקוד האמיתיים של ה- IGBT.

1. שטח מוגבל על ידי זרם אספנות השיא המרבי Ic (שיא).
2. שטח מוגבל על ידי דירוג התמוטטות המתח המרבי של אספן וקולט VCES. שים לב כי ה- IGBT עלול להיפגע אם מסלול פעולה מסוים של VCEIC מתרחק ממפרט ה- SOA של המכשיר.

לָכֵן, תוך כדי תכנון מעגל מבוסס IGBT , יש לוודא כי פיזור ובעיות הביצוע האחרות הם בהתאם לגבולות המומלצים, וכן יש לדאוג למאפיינים הספציפיים וקביעות פירוק המעגל הרלוונטיות לסובלנות התמוטטות.

לדוגמא, הטיה הפוכה של SOA נושאת מאפיין טמפרטורה היורד בטמפרטורות קיצוניות, ומוקד ההפעלה של VCE / IC משתנה בהתאם להתנגדות השער של IGBT Rg ומתח השער VGE.

לכן, חיוני לקבוע את הפרמטרים Rg ו- VGE ביחס למערכת האקולוגית העובדת וערך התנגדות השער הנמוך ביותר בתקופות כיבוי.

בנוסף, מעגל סנבר יכול להועיל לשליטה ב- VCE של dv / dt.

מאפיינים סטטיים

איור 7 מציין את מאפייני הפלט של IGBT RBN40H125S1FPQ. התמונה מייצגת את מתח הקולט-פולט בזמן שזרם הקולט עובר במצב מתח שער אקראי.

מתח הקולט-פולט, המשפיע על יעילות הטיפול הנוכחית ואובדן במצב ההפעלה, משתנה בהתאם למתח השער וטמפרטורת הגוף.

יש לקחת בחשבון את כל הפרמטרים הללו בעת תכנון מעגל נהג IGBT.

הזרם עולה בכל פעם ש- VCE מגיע לערכים של 0.7 עד 0.8 וולט, אם כי זה בגלל המתח הקדמי של צומת ה- PN אספן-פולט.

איור 8 מדגים את מתח הרוויה של אספן-פולט לעומת מאפייני מתח השער של IGBt RBN40H125S1FPQ.

בעיקרו של דבר, VCE (sat) מתחיל לרדת ככל שמתח VGE של פולט השער עולה, אם כי השינוי הוא סמלי בעוד VGE = 15 V ומעלה. לכן מומלץ לעבוד עם VGE מתח / פולט סביב 15 וולט, במידת האפשר.

איור 9 מציג את מאפייני זרם הקולט לעומת מתח השער של IGBT RBN40H125S1FPQ.

מאפייני IC / VGE מבוססים על שינויי טמפרטורה, אולם אזור מתח השער הנמוך לכיוון נקודת הצומת נוטה להיות מקדם טמפרטורה שלילי, ואילו אזור מתח השער הגבוה מסמל מקדמי טמפרטורה חיוביים.

בהתחשב בכך שמחשבי IGBT חשמל יפיקו חום בזמן ההפעלה, כדאי יותר לשים לב לאזור מקדם הטמפרטורה החיובי במיוחד. כאשר המכשירים מופעלים במקביל .

ה מצב מתח שער מומלץ מומלץ באמצעות VGE = 15V מציג את מאפייני הטמפרטורה החיוביים.

איורים 10 ו -11 מדגימים כיצד הביצועים של מתח הרוויה בקולט-פולט, יחד עם מתח סף השער
של IGBT תלויים בטמפרטורה.

בשל העובדה שמתח הרוויה של קולט-פולט כולל מאפייני מקדם טמפרטורה חיובי, לא קל לעבור את הזרם בזמן שפעולת ה- IGBT מפזרת כמות גבוהה של טמפרטורה, שהופכת לאחראית לחסימת הזרם האפקטיבי במהלך פעולת IGBT מקבילה.

נהפוך הוא, פעולת מתח סף פולט השער מסתמכת על מאפייני טמפרטורה שליליים.

במהלך פיזור חום גבוה, מתח הסף נופל כלפי מטה, הגורם לאפשרות גבוהה יותר של תקלה במכשיר כתוצאה מייצור רעש.

לכן, בדיקות מודעות, שבמרכזן המאפיינים שצוינו לעיל עשויות להיות מכריעות.

מאפייני קיבול שערים

מאפייני טעינה: איור 12 מדגים את מאפייני טעינת השער של מכשיר IGBT stabdard.

מאפייני השער IGBT תואמים למעשה את אותם עקרונות המיושמים עבור MOSFET כוח ומספקים כמשתנים המחליטים את זרם הכונן של המכשיר ופיזור הכונן.

איור 13 חושף את העקומה האופיינית, מחולקת לתקופות 1 עד 3.
נהלי העבודה הקשורים לכל תקופה מוסברים להלן.

תקופה 1: מתח השער מורם עד מתח הסף שבו הזרם רק מתחיל לזרום.

החלק העולה מ- VGE = 0V הוא החלק האחראי על טעינת קיבול הקיבול של השער.

תקופה 2: בעוד המעבר מהאזור הפעיל לאזור הרוויה מתרחש, מתח הקולט-פולט מתחיל להשתנות וקיבול הקולט אספן-השער Cgc נטען.

תקופה מסוימת זו מגיעה עם עלייה ניכרת בקיבול בגלל אפקט המראה, שגורם ל- VGE להיות קבוע.

מצד שני בעוד ש- IGBT נמצא לחלוטין במצב ON, השינוי במתח על פני פולט הקולט (VCE) ואפקט המראה נעלמים.

תקופה 3: בתקופה מסוימת זו ה- IGBT נקלע למצב רווי לחלוטין ו- VCE אינו מראה שום שינוי. כעת מתח VGE פולט השער מתחיל לגדול עם הזמן.

כיצד לקבוע את שער הכונן הנוכחי

זרם כונן השער IGBT תלוי בהתנגדות סדרת השערים הפנימית Rg, התנגדות מקור האות R של מעגל הנהג, אלמנט rg שהוא ההתנגדות הפנימית של המכשיר, ומתח הכונן VGE (ON).

זרם כונן השער מחושב לפי הנוסחה הבאה.

IG (שיא) = VGE (מופעל) / Rg + Rs + rg

בהתחשב באמור לעיל, יש ליצור את ה- IGBT, מעגל פלט הנהג, כדי להבטיח פוטנציאל כונן שוטף השווה ל- IG (שיא) או גדול ממנו.

בדרך כלל, זרם השיא במקרה קטן מהערך שנקבע באמצעות הנוסחה, בגלל העיכוב הכרוך במעגל הנהג וגם העיכוב בעליית ה- dIG / dt של זרם השער.

אלה עשויים להתרחש בגלל היבטים כגון השראות חיווט ממעגל הכונן לנקודת חיבור השער של מכשיר ה- IGBT.

בנוסף, מאפייני המיתוג עבור כל הפעלה וכיבוי עשויים להיות תלויים מאוד ב- Rg.

בסופו של דבר זה עשוי להשפיע על זמן המעבר ועל גירעונות המעבר. חשוב לבחור Rg מתאים ביחס למאפייני המכשיר בשימוש.

חישוב אובדן כונן

ניתן לתאר את ההפסדים המתרחשים במעגל הנהג IGBT באמצעות הנוסחה הנתונה להלן אם כל ההפסדים שפותחו ממעגל הנהג נקלטים על ידי גורמי ההתנגדות הנדונים לעיל. ( f מציין את תדר המיתוג).

P (Drive Loss) = VGE (on) × Qg × f

מאפייני החלפה

בהתחשב בכך שה- IGBT הוא רכיב מיתוג, מהירות ההפעלה שלו, מהירות כיבוי היא בין הגורמים העיקריים המשפיעים על יעילות התפעול שלו (הפסד).

איור 16 מדגים את המעגל שבו ניתן להשתמש למדידת מיתוג עומס ההשראות של IGBT.

מכיוון שמהדק הדיודה מחובר במקביל לעומס ההשראה L, עיכוב ההפעלה של IGBT (או אובדן ההפעלה) נגוע בדרך כלל על ידי מאפייני זמן ההחלמה של הדיודה.

זמן מעבר

ניתן לסווג את זמן המעבר של IGBT, כפי שמוצג באיור 17, לארבע תקופות מדידה.

בשל העובדה כי הזמן משתנה באופן דרסטי לכל תקופה אחת ביחס למצבים Tj, IC, VCE, VGE ו- Rg, ​​תקופה זו מוערכת בתנאים המתוארים הבאים.

• td (פועל) (זמן עיכוב הפעלה) : נקודת הזמן ממנה מתח מתח פולט השער עד 10% ממתח הטיה קדימה עד לרמה עד שזרם הקולט עולה ל -10%.
• tr (זמן עלייה) : נקודת הזמן ממנה גדל זרם האספן מ -10% ל -90%.
• td (כבוי) (זמן עיכוב כיבוי) : נקודת הזמן ממנה מתח פולט השער מגיע ל 90% ממתח הטיה קדימה לרמה עד שזרם הקולט יורד ל 90%.
• tf (זמן נפילה) : נקודת הזמן שממנה זרם הקולט מצטמצם מ -90% ל -10%.
• זנב (זמן זנב) : תקופת כיבוי ה- IGBT מורכבת מזמן זנב (ttail). ניתן להגדיר זאת כזמן הנדרש על ידי הספקים העודפים שנותרו בצד האספן של ה- IGBT בכדי לסגת באמצעות רקומבינציה למרות שה- IGBT נכבה וגורם לעליית מתח הפולט.

מאפייני דיודה מובנים

בניגוד ל- MOSFET כוח, ה- IGBT אינו כולל דיודה טפילית .

כתוצאה מכך, IGBT משולב המגיע עם שבב דיודת התאוששות מהירה (FRD) מותקן מראש משמש לבקרת טעינת השראות במנועים ויישומים זהים.

בציוד מסוג זה, יעילות העבודה של ה- IGBT ושל הדיודה המותקנת מראש משפיעה באופן משמעותי על יעילות העבודה של הציוד ועל יצירת הפרעות רעש.

בנוסף, התאוששות הפוכה ואיכות מתח קדימה הם פרמטרים מכריעים הקשורים לדיודה המובנית.

מאפייני התאוששות דיודה מובנית

נושאי המיעוט המרוכזים משוחררים במהלך מצב המיתוג בדיוק כאשר הזרם קדימה עובר דרך הדיודה עד להשגת מצב האלמנט ההפוך.

הזמן הדרוש לשחרור מלא של נושאי מיעוט אלה מכונה זמן ההחלמה ההפוך (trr).

הזרם התפעולי המעורב לאורך זמן זה נקרא כזרם התאוששות הפוך (Irr), והערך האינטגרלי של שני המרווחים הללו מכונה מטען התאוששות הפוכה (Qrr).

Qrr = 1/2 (Irr x trr)

בהתחשב בכך שתקופת הזמן trr מקוצרת באופן שווה, זה כרוך בהפסד עצום.

בנוסף, זה מגביל את התדירות לאורך כל תהליך המעבר. בסך הכל, מהיר trr ו Irr מופחת (Qrris קטן) נחשב אופטימלי.

איכויות אלה תלויות במידה רבה בזרם ההטיה הקדמי IF, diF / dt וטמפרטורת הצומת Tj של ה- IGBT.

מצד שני, אם trr נהיה מהיר יותר, די / dt מביא להיות תלול יותר סביב תקופת ההתאוששות, כפי שקורה במתח הקולט-פולט המקביל dv / dt, הגורם לעלייה בנטייה לייצור רעשים.

להלן הדוגמאות המספקות את הדרכים באמצעותן ניתן להתמודד עם יצירת רעש.

1. הפחת את diF / dt (הפחת את זמן ההפעלה של IGBT).
2. כלול קבל קפיצה על פני הקולט והפולט של המכשיר כדי למזער את מתח הקולט-פולט dv / dt.
3. החלף את הדיודה המובנית בכמה דיודות התאוששות רכות.

מאפיין ההתאוששות ההפוכה מסתמך באופן משמעותי על יכולת הסובלנות למתח / זרם של המכשיר.

ניתן לשפר תכונה זו באמצעות ניהול חיים, דיפוזיה מתכתית כבדה וטכניקות שונות אחרות.

מאפייני מתח קדימה דיודה מובנית

איור 19 מציג את מאפייני הפלט של דיודה מובנית של IGBT סטנדרטי.

מתח קדימה של דיודה VF מסמל ירידה במתח שנוצר כאשר זרם IF דרך הדיודה עובר לכיוון ירידת המתח הקדמית של הדיודה.

מכיוון שמאפיין זה עלול לגרום לאובדן כוח במהלך ייצור EMF (דיודה עם גלגל חופשי) ביישומים מנועיים או אינדוקטיביים, מומלץ לבחור VF קטן יותר.

בנוסף, כמתואר באיור 19, מאפייני מקדם הטמפרטורה החיוביים והשליליים נקבעים על פי גודל הזרם הקדמי של הדיודה IF.

מאפייני התנגדות תרמית

איור 20 מתאר את מאפייני ההתנגדות של ה- IGBT כנגד מעברים תרמיים ודיודה משולבת.

מאפיין זה משמש לקביעת טמפרטורת הצומת Tj של ה- IGBT. רוחב הדופק (PW) המוצג מעל הציר האופקי מסמל את זמן המעבר, המגדיר את הדופק הזריקה החד-פעמית ואת התוצאות של פעולות חוזרות.

לדוגמא, PW = 1ms ו- D = 0.2 (מחזור חובה = 20%) מסמל שתדירות החזרה היא 200Hz שכן תקופת החזרה היא T = 5ms.

אם נדמיין PW = 1ms ו- D = 0.2, וכוח פיזור Pd = 60W, ניתן לקבוע את העלייה בטמפרטורת צומת IGBT ΔTj באופן הבא:
ΔTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0.17 = 10.2

טען מאפייני מעגל קצר

יישומים הדורשים מעגלי מיתוג IGBT מגושרים כמו ממירים, מעגל הגנה על זרם קצר (זרם יתר) הופך להיות הכרחי לעמידה והגנה מפני נזק במהלך הזמן עד לכיבוי מתח IGBT, אפילו במצב של קצר במוצא של היחידה. .

איור 21 ו -22 מציינים את זמן נשיאת הקצר ואת יכולת הטיפול הנוכחית בקצר החשמל של ה- IGBT RBN40H125S1FPQ.

קצר זה העומד ביכולת של IGBT מתבטא בדרך כלל ביחס לזמן tSC.

יכולת עמידה זו נקבעת בעיקר על סמך מתח פולט השער של ה- IGBT, טמפרטורת הגוף ומתח אספקת החשמל.

צריך להסתכל על זה בעת תכנון עיצוב מעגלי IGBT של גשר H קריטי.

בנוסף, דאג לבחור בהתקן IGBT בעל דירוג אופטימלי מבחינת הפרמטרים הבאים.

1. מתח פולט שער VGE : עם עלייה במתח השער, גם זרם הקצר עולה ויכולת הטיפול הנוכחית של המכשיר פוחתת.
2. טמפרטורת המקרה : עם עלייה בטמפרטורת המקרה ΔTj של ה- IGBT, יכולת העמידה הנוכחית פוחתת, עד שהמכשיר מגיע למצב התקלקלות. מתח אספקת חשמל
3. VCC: ככל שמתח אספקת הכניסה למכשיר גדל זרם הקצר גם עולה וגורם להתדרדרות יכולת העמידה הנוכחית של המכשיר.

יתר על כן, ברגע שבו המעגל הקצר או מעגל ההגנה מפני עומס יתר מרגיש את זרם הקצר ומכבה את מתח השער, זרם הקצר הוא למעשה גדול להפליא מגודל הזרם התפעולי הסטנדרטי של ה- IGBT.

במהלך תהליך הכיבוי עם זרם משמעותי זה באמצעות התנגדות שער רגילה Rg, הוא עלול לגרום להתפתחות מתח נחשול גדול, העולה על דירוג ה- IGBT.

מסיבה זו, עליך לבחור כראוי את התנגדות השער IGBT המתאימה להתמודדות עם תנאי הקצר, שגובהם פי עשרה לפחות מערך התנגדות השער הרגיל (ובכל זאת להישאר בתוך ערך ה- SOA הטיה קדימה).

זאת בכדי לנטרל את ייצור מתח המתח על פני נוריות פולטים של ה- IGBT בתקופות בהן זרם הקצר מנותק.

בנוסף, הקצר יכול לעמוד בזמן tSC עלול לגרום להתפלגות הזינוק על פני המכשירים המשויכים האחרים.

יש להקפיד להבטיח מרווח נאות של מינימום פי שניים ממסגרת הזמן הרגילה הדרושה למעגל ההגנה מפני הקצר.

טמפרטורת צומת מקסימלית Tjmax למשך 175 ℃

הדירוג המקסימלי המוחלט לטמפרטורת הצומת של מכשיר המוליכים למחצה ביותר הוא 150 ℃, אך Tjmax = 175 ℃ מוגדר בהתאם לדרישה להתקני דור חדש בכדי לעמוד במפרטי הטמפרטורה המוגברים.
.
טבלה 3 מציגה דוגמה טובה לתנאי הבדיקה עבור IGBT RBN40H125S1FPQ אשר נועד לעמוד ב -175 ℃ בזמן שפועל בטמפ 'גבוהים.

על מנת להבטיח פעולות יעילות ב- Tjmax = 175 ℃, שופרו רבים מהפרמטרים לבדיקת העקביות הסטנדרטית ב- 150 and ובוצעו אימות תפעולי.

עם זאת, שטח הבדיקה נע בנוגע למפרט המכשיר.

הקפד לאמת את נתוני האמינות הקשורים למכשיר שאתה עשוי להחיל, לקבלת מידע נוסף.

כמו כן זכור שערך Tjmax אינו רק מגבלה לעבודה מתמדת, אלא גם מפרט לתקנה אשר אין לעלות עליו אפילו לרגע.

יש לשקול בקפידה בטיחות מפני פיזור בטמפרטורה גבוהה, אפילו לרגע קצר עבור IGBT, במהלך הפעלה / כיבוי.

הקפד לעבוד עם IGBT בסביבה שאינה עולה בחום על טמפרטורת המקרה המקסימלית של Tj = 175 ℃.

הפסדי IGBT

אובדן הולכה: בעוד שהוא מניע עומס אינדוקטיבי באמצעות IGBT, ההפסדים שנגרמו מסווגים בעצם לאובדן הולכה ואובדן מיתוג.

האובדן שקורה ברגע שה- IGBT מופעל לחלוטין נקרא אובדן הולכה, ואילו האובדן המתרחש בזמן מעבר ה- IGBT מ- ON ל- OFF או OFF ל- ON מכונה הפסד מיתוג.

בשל העובדה, אובדן תלוי ביישום מתח וזרם כפי שמוצג בנוסחה הבאה, אובדן נוצר כתוצאה מההשפעה של מתח הרוויה של אספן-פולט VCE (sat), אפילו בזמן ההתקן.

VCE (sat) צריך להיות מינימלי, מכיוון שהאובדן עלול לגרום לייצור חום בתוך ה- IGBT.
הפסד (P) = מתח (V) × זרם (I)
אובדן הפעלה: P (הפעל) = VCE (sat) × IC

אובדן מיתוג: מכיוון שאובדן IGBT יכול להיות מאתגר להעריך באמצעות זמן מיתוג, טבלאות התייחסות משולבות בגליונות הנתונים הרלוונטיים כדי לסייע למעצבי המעגלים לקבוע אובדן מיתוג.

איור 24 להלן מדגים את מאפייני אובדן המיתוג עבור IGBT RBN40H125S1FPQ.

הגורמים Eon ו- Eoff מושפעים מאוד מזרם האספן, התנגדות השער וטמפרטורת ההפעלה.

Eon (איבוד אנרגיה מופעל)

נפח האובדן התפתח בתהליך ההפעלה של ה- IGBT לעומס אינדוקטיבי, יחד עם אובדן ההתאוששות בהחלמה הפוכה של הדיודה.

Eon מחושב מהנקודה שבה מתח השער מופעל ל- IGBT וזרם הקולט מתחיל לנסוע, עד לנקודת הזמן שבה ה- IGBT מועבר לחלוטין למצב ON.

Eoff (כיבוי אובדן אנרגיה

זהו גודל האובדן הנובע בתקופת הכיבוי לעומסי אינדוקציה, הכולל את זרם הזנב.

Eoff נמדד מהנקודה שבה זרם השער פשוט מנותק ומתח הקולט-פולט מתחיל לטפס, עד לנקודת הזמן בה ה- IGBT מגיע למצב כבוי לחלוטין.

סיכום

התקן הטרנזיסטור הדו קוטבי (IGTB) בעל שער מבודד הוא סוג של התקן מוליכים למחצה כוח בעל שלושה מסופים המשמשים בעצם כמתג אלקטרוני וידוע גם בכך שהוא מספק שילוב של מיתוג מהיר במיוחד ויעילות גבוהה במכשירים החדשים יותר.

IGBTs ליישומים זרם גבוה

מגוון מכשירי חשמל מודרניים כגון VFDs (Viveable Frequency Drives), VSFs (מקררים עם מהירות משתנה), רכבות, מערכות סטריאו עם מגברי מיתוג, מכוניות חשמליות ומזגנים משתמשים בטרנזיסטור דו קוטבי בעל שער מבודד למיתוג ההספק החשמלי.

סמל של מצב דלדול IGBT

במקרה שהמגברים משתמשים בטרנזיסטור דו קוטבי דו-קוטבי מבודד לעיתים קרובות מסנתז צורות גל מורכבות באופיין יחד עם פילטרים בעלי מעבר נמוך ואפנון רוחב הדופק, שכן טרנזיסטור דו-קוטבי בעל שער מבודד בעצם מתוכנן להפעלה וכיבוי בקצב מהיר ומהיר.

קצב חזרת הדופק מתהדר במכשירים המודרניים המורכבים מיישום החלפה ונופלים היטב לטווח הקולי שהם התדרים הגבוהים פי עשרה מתדר השמע הגבוה ביותר שמטפל במכשיר כאשר משתמשים במכשירים בצורה של מגבר שמע אנלוגי.

ה- MOSFET המורכב מזרם גבוה ומאפיינים של כונן שער פשוט משולב עם הטרנזיסטורים הדו קוטביים בעלי יכולת מתח רוויה נמוכה על ידי ה- IGTB.

IGBT הם שילוב של BJT ו- Mosfet

מכשיר יחיד מיוצר על ידי IGBT על ידי שילוב של טרנזיסטור הכוח הדו קוטבי המשמש כמתג ו FET שער מבודד המשמש ככניסה לבקרה.

הטרנזיסטור הדו קוטבי של השער המבודד (IGTB) משמש בעיקר ביישומים המורכבים ממכשירים מרובים אשר ממוקמים במקביל זה לזה ולרוב הפעמים הם בעלי יכולת טיפול בזרם גבוה מאוד הנמצאים בטווח של מאות אמפר יחד עם מתח של 6000 V של חסימה, אשר בתורו שווה למאות קילוואט המשתמשים בהספק בינוני עד גבוה כמו חימום אינדוקציה, ספקי כוח מיתוגיים ובקרת מנוע מתיחה. טרנזיסטורים דו קוטביים שערים מבודדים גדולים בגודלם.

IGBT הם הטרנזיסטורים המתקדמים ביותר

טרנזיסטור דו קוטבי של שער מבודד (IGTB) הוא המצאה חדשה ואחרונה של אותה תקופה.

התקני הדור הראשון שהומצאו והושקו בשנות השמונים ובשנות התשעים המוקדמות נמצאו בתהליך החלפה איטי יחסית והם מועדים לכשל באמצעות מצבים שונים כגון תפס (שם המכשיר ימשיך להיות מופעל ולא להידלק) כבוי עד שהזרם ממשיך לזרום דרך המכשיר), והתמוטטות משנית (כאשר כאשר זרם גבוה זורם דרך המכשיר, נקודה חמה מקומית הנמצאת במכשיר עוברת לבריחה תרמית וכתוצאה מכך שורפת את המכשיר).

נצפה שיפור רב במכשירי הדור השני והמכשירים החדשים ביותר בבלוק, מכשירי הדור השלישי נחשבים אפילו טובים יותר ממכשירי הדור הגרור הראשון.

Mosfets חדשים מתחרים ב- IGBT

מכשירי הדור השלישי כוללים MOSFET עם יריבות מהירות, וסובלנות וקשיחות ברמה מצוינת.

המכשירים מהדור השני והשלישי מורכבים מדירוג דופק שהם גבוהים במיוחד שהופכים אותם לשימושיים מאוד על מנת לייצר פעימות הספק גדולות באזורים שונים כגון פיזיקת פלזמה וחלקיקים.

כך התקני הדור השני והשלישי החליפו בעיקר את כל המכשירים הישנים יותר, כגון פערים נוצרים ותירטרונים המשמשים באזורים אלה של פיזיקת פלזמה וחלקיקים.

מכשירים אלה גם מחזיקים משיכה לחובב המתח הגבוה בשל מאפייניהם של דירוג הדופק הגבוה וזמינותם בשוק במחירים נמוכים.

זה מאפשר לתחביב לשלוט בכמויות עצומות של כוח על מנת להניע מכשירים כגון סלילי מסטיקים וסלילי טסלה.

טרנזיסטורים דו קוטביים עם שער מבודד זמינים בטווח מחירים סביר ובכך משמשים כמאפשר חשוב למכוניות היברידיות ולרכבים חשמליים.

דרך ארץ: רנסאס