IGBT transistorid: tööpõhimõte, pooljuhtide tüübid, võimsuskomponentide peamised parameetrid

IGBT bipolaarseid transistore kasutatakse laialdaselt jõuelektroonikas. Need on usaldusväärsed ja odavad komponendid, mida juhitakse vooluringist eraldatud elemendi pingestamisega. IGBT on transistor, mille tööpõhimõte on äärmiselt lihtne. Seda kasutatakse inverterites, elektriajamite juhtimissüsteemides ja lülitustoiteallikates.

Välimuse ajalugu

Esimesed väljatransistorid töötati välja 1973. aastal ja 6 aasta pärast ilmusid juhitavad bipolaarsed mudelid, milles kasutati isoleeritud väravat. Tehnoloogia paranemisega on selliste elementide töö efektiivsuse ja kvaliteedi näitajad oluliselt paranenud ning arenedes jõuelektroonika ja automaatjuhtimissüsteemid, on need laialt levinud ja neid leidub tänapäeval peaaegu kõigis elektriseade.

Tänapäeval kasutatakse teise põlvkonna elektroonilisi komponente, mis on võimelised lülitama elektrivoolu kuni mitmesaja ampriteni. IGBT-transistoride tööpinge ulatub sadadest kuni tuhandete voltideni. Elektrotehnika valmistamise tehnoloogiate täiustamine võimaldab toota kvaliteetseid transistore, mis tagavad elektriseadmete ja toiteallikate stabiilse töö.

Peamised omadused

Transistoride tööpõhimõte ja nende omadused sõltuvad otseselt seadme tüübist ja selle konstruktsioonist. Pooljuhtide peamised parameetrid on järgmised:

• Maksimaalne lubatud vool.
• Juhtpinge indikaator.
• Sisemine takistus.
• Ühenduse ja lahtiühendamise viivitusperiood.
• Parasiitne induktiivsus.
• Sisend- ja väljundmahtuvus.
• Küllastuspinge emitteril ja kollektoril.
• Emitter väljalülitusvool.
• Kollektori ja emitteri läbilöögipinge.

Tänapäeval on laialdaselt kasutusel võimsad IGBT-transistorid, mida kasutatakse inverteri toiteallikates. Sellised seadmed ühendavad samaaegselt võimsuse, suure täpsuse ja minimaalse parasiitse induktiivsuse. Kiiruskontrollerid kasutavad IGBT-sid sagedusega kümneid tuhandeid kHz, mis võimaldab tagada seadmete võimalikult suure täpsuse.

Eelised ja miinused

Täna saate müügil valida erinevaid pooljuhtide mudeleid, mis erinevad oma töösageduse, võimsuse ja paljude muude omaduste poolest. IGBT-transistoride populaarsus tuleneb nende suurepärastest parameetritest., omadused ja arvukad eelised:

• Võimalus töötada suure võimsusega ja kõrgendatud pingega.
• Töötage kõrgel temperatuuril.
• Minimaalsed avatud voolukaod.
• Lühise takistus.
• Suurenenud tihedus.
• Peaaegu täielik kadude puudumine.
• Lihtne paralleellülitus.

IGBT-de puudused hõlmavad nende kõrget hinda, mis toob kaasa elektriseadmete ja võimsate toiteallikate valmistamise kulude mõningase tõusu. Seda tüüpi transistoridega ühendusskeemi kavandamisel tuleb arvestada maksimaalse lubatud voolu indikaatori olemasolevate piirangutega. Selliste probleemide lahendamiseks saate kasutada järgmisi disainilahendusi:

• Ringristmiku ümberlülitustee kasutamine.
• Värava takistuse valik.
• Kaitsevoolu indikaatorite õige valik.

Seadmete ühendusskeemid peaksid välja töötama eranditult spetsialistid, mis tagavad seadmete õige töö, lühiste puudumise ja muude elektriseadmetega seotud probleemide. Kui teil on kvaliteetne ühendusskeem, pole seda keeruline rakendada, tehes oma toiteploki, toiteallika ja mitmesuguseid seadmeid.

Seade ja tööpõhimõte

IGBT-transistori sisemine struktuur koosneb kahest kaskaadelektroonilisest lülitist, mis juhivad lõppväljundit. Igal juhul, olenevalt võimsusest ja muudest näitajatest, võib seadme disain, sealhulgas täiendavad aknaluugid, erineda ja muud elemendid, mis parandavad võimsuse ja lubatud pinge indikaatoreid, tagades võime töötada temperatuuril üle 100 kraadid.

IGBT tüüpi pooljuhtidel on standardiseeritud kombineeritud struktuur ja järgmised tähised:

• K - koguja.
• E - emitter.
• З - katik.

Transistori tööpõhimõte on äärmiselt lihtne. Niipea, kui sellele rakendatakse positiivset potentsiaalset pinget, avaneb väljatransistori väravas ja allikas n-kanal, mille tulemuseks on laetud elektronide liikumine. See ergastab bipolaarse transistori tegevust, mille järel hakkab emitterist otse kollektorisse voolama elektrivool.

IGBT-transistoride põhieesmärk on nende lähendamine rikkevoolude ohutule väärtusele. Need voolud võivad piirata paisu pinget mitmel viisil.

Seatud pingeindikaatoriga sidudes. Värava draiveril peavad olema püsivad parameetrid, mis saavutatakse Schottky dioodi lisamisega seadme vooluringi. See tagab induktiivsuse vähenemise toiteallikas ja väravas.

Pingeindikaatorid on piiratud zeneri dioodi olemasolu tõttu emitteri ja värava ahelas. Selliste IGBT-transistoride suurepärane efektiivsus saavutatakse täiendavate dioodide paigaldamisega mooduli klemmidele. Kasutatavad komponendid peavad olema kõrge temperatuurist sõltumatud ja väikese levikuga.

Ahel võib sisaldada negatiivse tagasiside emitterit. See on võimalik, kui värava draiver on ühendatud mooduli klemmidega.

Transistori tüübi õige valik tagab toiteallikate ja muude elektriseadmete töö stabiilsuse. Ainult sel juhul on võimalik tagada elektripaigaldiste täiesti ohutu töö lühiste ja seadmete avariirežiimide korral.

Kasutusala

Tänapäeval kasutatakse IGBT-transistore pingeindikaatoriga võrkudes kuni 6,5 kW, tagades samas elektriseadmete ohutu ja töökindla töö. Võimalik on kasutada inverterit, sagedusmuundureid, keevitusseadmeid ja impulssvooluregulaatoreid.

Tugevaid IGBT sorte kasutatakse trollibusside ja elektrivedurite võimsates juhtajamites. Nende kasutamine võimaldab tõsta efektiivsust, tagades seadmete töö maksimaalse võimaliku sujuvuse, kontrollides kiiresti elektrimootorite võimsust täisvõimsusel. Jõutransistore kasutatakse kõrgepingeahelates. Neid kasutatakse kodumajapidamises kasutatavate kliimaseadmete, nõudepesumasinate, telekommunikatsiooniseadmete toiteallikate ja autode süüteahelates.

Hoolduskõlblikkuse kontroll

IGBT pooljuhtide ülevaatamine ja testimine viiakse läbi elektriseadmete rikete olemasolul. Selline kontroll viiakse läbi multitesteri abil, heliseb kollektorid ja elektroodid emitteriga kahes suunas. See võimaldab teil kindlaks teha transistori töövõime ja kõrvaldada lühise puudumise. Testimisel on vaja värava sisendit negatiivselt laadida, kasutades COM-tüüpi multimeetri sonde.

Transistori õige töö kontrollimiseks värava sisendis ja väljundis laetakse mahtuvus positiivse poolusega. Selline laadimine toimub, puudutades korraks katikut sondiga, misjärel kontrollitakse kollektori ja emitteri potentsiaalide erinevust. Nende potentsiaalide lahknevus ei tohiks olla suurem kui 1,5 volti. Kui testitakse võimsat IGBT-d ja testerist positiivseks laenguks ei piisa, rakendatakse väravale kuni 15-voldine toitepinge.

Võimsad moodulid

Jõutransistore ei toodeta mitte ainult üksikute pooljuhtide, vaid ka juba kokkupandud kasutusvalmis moodulite abil. Sellised seadmed on osa võimsatest sagedusmuunduritest elektrimootorite juhtimisel. Igal juhul erineb mooduli skeem ja tööpõhimõte sõltuvalt selle tüübist ja eesmärgist. Kõige sagedamini kasutavad sellised seadmed kahe jõutransistori baasil valmistatud silda.

IGBT stabiilne töö on tagatud sagedusel 150 kHz. Töösageduse suurenemisega võivad kaod suureneda, mis mõjutab negatiivselt elektriseadmete stabiilsust. Jõutransistorid näitavad kõiki oma eeliseid ja võimalusi, kui neid kasutatakse pingega üle 400 volti. Seetõttu kasutatakse selliseid pooljuhte kõige sagedamini tööstusseadmetes ja kõrgepinge elektriseadmetes.