Силовая электроника - IGBT

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) представляет собой полупроводниковое устройство с тремя выводами и используется в основном как электронный переключатель. Он отличается быстрым переключением и высокой эффективностью, что делает его необходимым компонентом в современных приборах, таких как балласты для ламп, электромобили и частотно-регулируемые приводы (ЧРП).

Его способность быстро включаться и выключаться делает его применимым в усилителях для обработки сложных волновых структур с широтно-импульсной модуляцией. IGBT сочетает в себе характеристики полевых МОП-транзисторов и биполярных транзисторов для достижения высокого тока и низкой емкости напряжения насыщения соответственно. Он объединяет изолированный затвор с использованием полевого транзистора (FET) для получения управляющего входа.

Символ IGBT

Усиление IGBT вычисляется как отношение его выходного сигнала к его входному сигналу. В обычных БЮТ степень усиления (β) равна отношению его выходного тока к входному.

IGBT имеет очень низкое значение сопротивления включенного состояния (RON), чем MOSFET. Это означает, что падение напряжения (I ² R) на биполярном сигнале для конкретной операции переключения очень мало. Действие прямой блокировки IGBT аналогично действию MOSFET.

Когда IGBT используется в качестве управляемого переключателя в статическом состоянии, его номинальный ток и напряжение равны номинальным значениям BJT. Напротив, изолированный затвор в IGBT упрощает управление зарядами BJT и, следовательно, требует меньше энергии.

IGBT включается или выключается в зависимости от того, активирован или деактивирован его вывод затвора. Постоянная положительная разность потенциалов между затвором и эмиттером поддерживает IGBT во включенном состоянии. Когда входной сигнал удаляется, IGBT выключается.

Принцип работы IGBT

IGBT требует лишь небольшого напряжения для поддержания проводимости в устройстве, в отличие от BJT. IGBT - это однонаправленное устройство, то есть он может включаться только в прямом направлении. Это означает, что ток течет от коллектора к эмиттеру, в отличие от полевых МОП-транзисторов, которые являются двунаправленными.

Приложения IGBT

IGBT используется в приложениях средней и сверхвысокой мощности, например в тяговых двигателях. В больших IGBT можно работать с большими токами в диапазоне сотен ампер и блокирующими напряжениями до 6 кВ.

IGBT также используются в силовых электронных устройствах, таких как преобразователи, инверторы и другие устройства, где необходима полупроводниковая коммутация. Биполяры доступны с высоким током и напряжением. Однако их скорость переключения невысока. Напротив, полевые МОП-транзисторы имеют высокую скорость переключения, хотя и дороги.