איגט

IGBT הוא טופס קצר של טרנזיסטור בי-פולרי עם שער מבודד, שילוב של Bipolar Junction Transistor (BJT) ו תחמוצת מתכת טרנזיסטור אפקט שדה (MOS-FET). זהו מכשיר מוליך למחצה המשמש להחלפת יישומים קשורים.

כפי IGBT הוא שילוב של MOSFET ו טרנזיסטור, יש לו יתרונות של שניהם טרנזיסטורים MOSFET. ל- MOSFET יתרונות של מהירות מיתוג גבוהה עם עכבה גבוהה ומצד שני ל- BJT יש יתרון של רווח גבוה ומתח רוויה נמוך, שניהם קיימים בטרנזיסטור IGBT. IGBT הוא מוליך למחצה מבוקר מתח המאפשר זרמי פולט קולטים גדולים עם כונן זרם שער אפס כמעט.

כפי שנדון, ל- IGBT יש יתרונות של MOSFET ו- BJTs, ל- IGBT מבודדים שער כמו MOSFET טיפוסי ואותם מאפייני העברת פלט. אמנם, BJT הוא מכשיר מבוקר זרם אך עבור ה- IGBT, השליטה תלויה ב- MOSFET, ולכן זהו מכשיר מבוקר מתח, המקביל ל- MOSFET הסטנדרטי.

מעגל וסמל שווה ערך ל- IGBT

בתמונה לעיל המעגל המקביל של IGBT מוצג. זהו אותו מבנה מעגל המשמש בדרלינגטון טרנזיסטור שבו שני טרנזיסטורים מחוברים בדיוק באותה הדרך. כפי שאנו רואים בתמונה למעלה, IGBT משלב שני מכשירים, N ערוץ MOSFET ו טרנזיסטור PNP. ערוץ N MOSFET מניע את הטרנזיסטור PNP. סיכה רגילה של BJT כוללת אספן, פולט, בסיס וסיכה רגילה של MOSFET כוללת שער, ניקוז ומקור. אבל במקרה של סיכות טרנזיסטור IGBT, הוא שער, אשר מגיע מן MOSFET N-ערוצית אספן ו פולט באים מן הטרנזיסטור PNP.

בטרנזיסטור PNP, אספן ופולט הוא נתיב הולכה וכאשר ה- IGBT מופעל הוא מנוהל ומעביר את הזרם דרכו. נתיב זה נשלט על ידי ערוץ N MOSFET.

במקרה של BJT, אנו מחשבים את הרווח המסומן כביתא (

בתמונה שלמעלה מוצג סמל IGBT. כפי שאנו רואים, הסמל כולל את חלק פולט הקולט של טרנזיסטור ואת חלק השער של ה- MOSFET. שלושת המסופים מוצגים כשער, אספן ופולט.

כאשר בניהול או חליף " ON במצב" הזרימה הנוכחית מ אספן אלי פולט. אותו דבר קורה לטרנזיסטור BJT. אבל במקרה של IGBT יש שער במקום בסיס. ההבדל בין מתח שער לפולט נקרא Vge והפרש המתח בין אספן לפולט נקרא Vce.

הנוכחי פולט (כלומר) היא אותה כמעט כמו הנוכחי קולט (Ic), כלומר = Ic. מכיוון שזרימת הזרם זהה יחסית גם בקולט וגם בפולט, ה- Vce נמוך מאוד.

למידע נוסף על BJT ו- MOSFET כאן.

יישומי IGBT:

IGBT משמש בעיקר ביישומים הקשורים לחשמל. ל- BJT של כוח רגיל יש מאפייני תגובה איטיים מאוד ואילו MOSFET מתאים ליישום מיתוג מהיר, אך MOSFET הוא בחירה יקרה בה נדרש דירוג זרם גבוה יותר. IGBT מתאים להחלפת כוח BJT וכוח MOSFET.

כמו כן, IGBT מציע עמידות נמוכה יותר ב- ON בהשוואה ל- BJT ועקב מאפיין זה ה- IGBT יעיל תרמית ביישומים הקשורים בהספק גבוה.

יישומי IGBT הם עצומים בתחום האלקטרוניקה. בשל התנגדות נמוכה, דירוג זרם גבוה מאוד, מהירות מיתוג גבוהה, כונן שער אפס, IGBT משמשים לבקרת מנוע גבוהה הספק, ממירים, ספק כוח מיתוג עם אזורי המרה בתדירות גבוהה.

בתמונה שלעיל, יישום מיתוג בסיסי מוצג באמצעות IGBT. ה- RL, הוא עומס התנגדות המחובר על פני פולט ה- IGBT לקרקע. הפרש המתח על פני העומס מסומן כ- VRL. העומס יכול להיות אינדוקטיבי גם. ובצד ימין מוצג מעגל אחר. העומס מחובר על פני אספן כאשר כנגד הגנת זרם מחובר על פני הפולט. הזרם יזרום מאספן לפולט בשני המקרים.

במקרה של BJT עלינו לספק זרם קבוע על בסיס ה- BJT. אבל במקרה של ה- IGBT, כמו MOSFET, עלינו לספק מתח קבוע על פני השער והרוויה נשמרת במצב קבוע.

במקרה השמאלי, הפרש המתח, VIN שהוא ההפרש הפוטנציאלי של הקלט (השער) עם הקרקע / VSS, שולט בזרם היציאה שזורם מהקולט לפולט. הפרש המתח בין VCC ו- GND כמעט זהה לרוחב העומס.

במעגל הימני, הזרם הזורם דרך העומס תלוי במתח חלקי ערך RS.

I _RL2 = V _IN / R _S

טרנזיסטור בי-פולרי עם שער מבודד (IGBT) ניתן להעביר " ON " ו " OFF " על ידי הפעלת השער. אם אנו הופכים את השער לחיובי יותר על ידי הפעלת מתח על השער, פולט ה- IGBT שומר על ה- IGBT במצב " ON " ואם אנו הופכים את השער לשלילי או לאפס, ה- IGBT יישאר במצב " OFF ". זה כמו כמו החלפת BJT ו- MOSFET.

מאפייני עקומה והעברה של IGBT IV

בתמונה שלעיל, מאפייני IV מוצגים בהתאם למתח השער השונה או ל- Vge. מתח פולט ציר X מציין אספן או Vce ואת ציר Y מציין את הנוכחי אספן. במהלך מצב כבוי הזרם הזורם דרך הקולט ומתח השער הוא אפס. כאשר אנו משנים את ה- Vge או את מתח השער המכשיר נכנס לאזור הפעיל. מתח יציב ורציף על פני השער מספק זרימת זרם רציפה ויציבה דרך הקולט. הגדלת ה- Vge מגדילה באופן יחסי את זרם האספן, Vge3> Vge2> Vge3. BV הוא מתח ההתמוטטות של ה- IGBT.

עקומה זו כמעט זהה לעקומת ההעברה הרביעית של BJT, אך כאן Vge מוצג מכיוון ש- IGBT הוא מכשיר מבוקר מתח.

בתמונה שלעיל, מאפיין ההעברה של IGBT מוצג. זה כמעט זהה ל- PMOSFET. ה- IGBT יעבור למצב " ON " לאחר ש- Vge גדול מערך סף בהתאם למפרט ה- IGBT.

לפניכם טבלת השוואה שתיתן לנו תמונה הוגנת לגבי ההבדל בין IGBT ל- POWER BJT ו- Power MOSFETs.

מאפייני המכשיר	IGBT	כוח MOSFET	כוח BJT
דירוג מתח
דירוג נוכחי
מכשיר קלט
עכבת קלט
עכבת תפוקה
מהירות מעבר
עֲלוּת

בסרטון הבא נראה את מעגל המיתוג של טרנזיסטור IGBT.