Elektronika mocy - IGBT
Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką (IGBT) jest urządzeniem półprzewodnikowym z trzema zaciskami i jest używany głównie jako przełącznik elektroniczny. Charakteryzuje się szybkim przełączaniem i wysoką wydajnością, co czyni go niezbędnym komponentem w nowoczesnych urządzeniach takich jak stateczniki do lamp, samochody elektryczne czy napędy o zmiennej częstotliwości (VFD).
Jego zdolność do szybkiego włączania i wyłączania sprawia, że można go stosować we wzmacniaczach do przetwarzania złożonych wzorów fal z modulacją szerokości impulsu. IGBT łączy cechy tranzystorów MOSFET i BJT w celu uzyskania odpowiednio wysokiego prądu i niskiego napięcia nasycenia. Integruje izolowaną bramkę za pomocą tranzystora FET (tranzystor polowy) w celu uzyskania wejścia sterującego.
Symbol IGBT
Wzmocnienie IGBT jest obliczane jako stosunek jego sygnału wyjściowego do sygnału wejściowego. W konwencjonalnych BJT stopień wzmocnienia (β) jest równy stosunkowi jego prądu wyjściowego do prądu wejściowego.
IGBT ma bardzo niską wartość rezystancji stanu włączenia (RON) niż tranzystor MOSFET. Oznacza to, że spadek napięcia (I 2 R) na bipolarnym dla danej operacji przełączania jest bardzo mały. Działanie blokujące do przodu tranzystora IGBT jest podobne do działania MOSFET-u.
Gdy IGBT jest używany jako kontrolowany przełącznik w stanie statycznym, jego wartości znamionowe prądu i napięcia są równe BJT. Wręcz przeciwnie, izolowana bramka w IGBT ułatwia prowadzenie ładunków BJT, a tym samym wymaga mniej mocy.
IGBT jest włączany lub wyłączany w zależności od tego, czy jego zacisk bramki został aktywowany czy dezaktywowany. Stała dodatnia różnica potencjałów między bramką a emiterem utrzymuje IGBT w stanie WŁ. Gdy sygnał wejściowy zostanie usunięty, IGBT jest wyłączany.
Zasada działania IGBT
IGBT wymaga tylko małego napięcia do utrzymania przewodzenia w urządzeniu, w przeciwieństwie do BJT. IGBT jest urządzeniem jednokierunkowym, to znaczy może włączać się tylko w kierunku do przodu. Oznacza to, że prąd płynie od kolektora do emitera w przeciwieństwie do tranzystorów MOSFET, które są dwukierunkowe.
Zastosowania IGBT
IGBT jest używany w aplikacjach o średniej i bardzo dużej mocy, na przykład w silnikach trakcyjnych. W dużych tranzystorach IGBT można obsługiwać wysokie prądy w zakresie stu amperów i napięcia blokujące do 6 kV.
Tranzystory IGBT są również używane w urządzeniach energoelektronicznych, takich jak przetworniki, falowniki i inne urządzenia, w których konieczne jest przełączanie półprzewodnikowe. Bipolary są dostępne z wysokim prądem i napięciem. Jednak ich prędkości przełączania są niskie. Wręcz przeciwnie, tranzystory MOSFET mają wysokie prędkości przełączania, chociaż są drogie.