טרנזיסטורי IGBT: עקרון הפעולה, סוגי מוליכים למחצה, פרמטרים עיקריים של רכיבי הספק

טרנזיסטורי IGBT נמצאים בשימוש נרחב באלקטרוניקה כוח. אלו הם רכיבים אמינים וזולים הנשלטים על ידי הפעלת אלמנט מבודד מהמעגל. IGBT הוא טרנזיסטור שעיקרון הפעולה שלו פשוט ביותר. הוא משמש בממירים, מערכות בקרת כונן חשמלי ומתג ספקי כוח.

היסטוריה של הופעה

טרנזיסטורי אפקט השדה הראשונים פותחו ב-1973, ולאחר 6 שנים הופיעו דגמים דו-קוטביים מבוקרים, בהם נעשה שימוש בשער מבודד. עם שיפור הטכנולוגיה, האינדיקטורים ליעילות ואיכות העבודה של אלמנטים כאלה השתפרו משמעותית, ועם התפתחות אלקטרוניקה כוח ומערכות בקרה אוטומטיות, הן הפכו נפוצות, נמצאות היום כמעט בכל מכשירים חשמליים.

כיום משתמשים ברכיבים אלקטרוניים מהדור השני, המסוגלים להחליף זרמים חשמליים בטווח של עד כמה מאות אמפר. מתח הפעולה של טרנזיסטורי IGBT נע בין מאות לאלפי וולט. טכנולוגיות שיפור לייצור הנדסת חשמל מאפשרות לייצר טרנזיסטורים איכותיים המבטיחים פעילות יציבה של מכשירי חשמל וספקי כוח.

תכונות עיקריות

עקרון הפעולה של טרנזיסטורים ומאפיינים יהיו תלויים ישירות בסוג המכשיר ובעיצובו. הפרמטרים העיקריים של מוליכים למחצה כוללים את הדברים הבאים:

• זרם מקסימלי מותר.
• מחוון של מתח הבקרה.
• התנגדות פנימית.
• תקופת עיכוב חיבור וניתוק.
• השראות טפילית.
• קיבול קלט ופלט.
• מתח רוויה בפולט ובקולט.
• זרם חיתוך פולט.
• מתח פירוק קולט ופולט.

טרנזיסטורי IGBT רבי עוצמה, המשמשים בספקי כוח אינוורטר, נמצאים בשימוש נרחב כיום. מכשירים כאלה משלבים בו זמנית כוח, דיוק גבוה ומינימום השראות טפילית. בקרי מהירות משתמשים ב-IGBT בתדר של עשרות אלפי קילו-הרץ, המאפשר לך להבטיח את הדיוק הגבוה ביותר האפשרי של המכשירים.

יתרונות וחסרונות

היום במכירה אתה יכול להרים דגמים שונים של מוליכים למחצה, אשר יהיו שונים בתדירות ההפעלה שלהם, בקיבולת ובמספר מאפיינים אחרים. הפופולריות של טרנזיסטורי IGBT נובעת מהפרמטרים המצוינים שלהם., מאפיינים ויתרונות רבים:

• אפשרות הפעלה בהספק גבוה ובמתח מוגבר.
• עבודה בטמפרטורות גבוהות.
• הפסדי זרם מינימליים במעגל פתוח.
• התנגדות קצר חשמלי.
• צפיפות מוגברת.
• היעדר כמעט מוחלט של הפסדים.
• מעגל מקביל פשוט.

החסרונות של IGBTs כוללים את העלות הגבוהה שלהם, מה שמוביל לעלייה קלה בעלות ייצור מכשירי חשמל וספקי כוח חזקים. בעת תכנון דיאגרמת חיבור עם טרנזיסטורים מסוג זה, יש צורך לקחת בחשבון את המגבלות הקיימות מבחינת הזרם המרבי המותר. כדי לפתור בעיות כאלה, אתה יכול להשתמש בפתרונות העיצוב הבאים:

• שימוש בנתיב החלפה בכיכר.
• בחירת התנגדות לשער.
• בחירה נכונה של מחווני זרם הגנה.

דיאגרמות חיווט של מכשירים צריכות להיות מפותחות באופן בלעדי על ידי אנשי מקצוע, שיבטיחו את הפעולה הנכונה של הציוד, היעדר קצר חשמלי ובעיות אחרות עם מכשירי חשמל. אם יש לך דיאגרמת חיבור איכותית, לא יהיה קשה ליישם אותה על ידי יצירת יחידת כוח משלך, ספק כוח והתקנים שונים.

מכשיר ועיקרון הפעולה

המבנה הפנימי של הטרנזיסטור IGBT מורכב משני מתגים אלקטרוניים מדורגים השולטים בפלט הסופי. בכל מקרה, בהתאם לחשמל ולאינדיקטורים אחרים, עיצוב המכשיר עשוי להשתנות, כולל תריסים נוספים ואלמנטים נוספים המשפרים את מחווני ההספק והמתח המותרים, המבטיחים את היכולת לפעול בטמפרטורות מעל 100 מעלות.

למוליכים למחצה מסוג IGBT יש מבנה משולב סטנדרטי ואת הייעודים הבאים:

• K - אספן.
• E - פולט.
• З - תריס.

עקרון הפעולה של הטרנזיסטור הוא פשוט ביותר. ברגע שמופעל עליו מתח פוטנציאלי חיובי, נפתח ערוץ n בשער ובמקור של טרנזיסטור אפקט השדה, וכתוצאה מכך תנועה של אלקטרונים טעונים. זה מעורר את פעולת הטרנזיסטור הדו-קוטבי, ולאחר מכן מתחיל לזרום זרם חשמלי מהפולט ישירות לקולט.

המטרה העיקרית של טרנזיסטורי IGBT היא הקירוב שלהם לערך הבטוח של זרמי תקלה. זרמים אלה יכולים להגביל את מתח השער במגוון דרכים.

על ידי קשירה למחוון המתח שנקבע. מנהל השער חייב להיות בעל פרמטרים קבועים, אשר מושגת על ידי הוספת דיודת Schottky למעגל המכשיר. זה מבטיח שההשראות באספקת החשמל ובשער מופחתת.

מחווני המתח מוגבלים עקב נוכחות של דיודת זנר במעגל הפולט והשער. היעילות המצוינת של טרנזיסטורי IGBT כאלה מושגת על ידי התקנת דיודות נוספות במסופים של המודול. הרכיבים המשמשים חייבים להיות בעלי עצמאות טמפרטורה גבוהה ופיזור קטן.

המעגל יכול לכלול פולט משוב שלילי. זה אפשרי כאשר מנהל השער מחובר למסופי המודול.

בחירה נכונה של סוג הטרנזיסטור תבטיח את יציבות הפעולה של ספקי כוח ומכשירים חשמליים אחרים. רק במקרה זה, ניתן להבטיח פעולה בטוחה לחלוטין של מתקנים חשמליים במקרה של קצר חשמלי ובמצבי חירום של פעולת ציוד.

היקף השימוש

כיום משתמשים בטרנזיסטורי IGBT ברשתות עם מחוון מתח עד 6.5 קילוואט, תוך הבטחת פעולה בטוחה ואמינה של ציוד חשמלי. אפשר להשתמש במהפך, כונני תדרים משתנים, מכונות ריתוך ווסת זרם דופק.

זני IGBT כבדים משמשים בכונני בקרה רבי עוצמה עבור אוטובוסים טרולי וקטרים ​​חשמליים. השימוש בהם מאפשר להגביר את היעילות, להבטיח את החלקות המרבית האפשרית של פעולת הציוד, שליטה אופרטיבית בתפוקת המנועים החשמליים במלוא עוצמתם. טרנזיסטורי כוח משמשים במעגלי מתח גבוה. הם משמשים במעגלים למזגנים ביתיים, מדיחי כלים, ספקי כוח בציוד טלקומוניקציה ובהצתת רכב.

בדיקת שירות

עדכון ובדיקה של מוליכים למחצה IGBT מתבצעים בנוכחות תקלות במכשירים חשמליים. בדיקה כזו מתבצעת באמצעות רב-בוחן, מצלצל את הקולטים והאלקטרודות עם פולט לשני כיוונים. זה יאפשר לך לבסס את יכולת הפעולה של הטרנזיסטור ולבטל את היעדר קצר חשמלי. בעת הבדיקה, יש צורך לטעון שלילי את כניסת השער באמצעות בדיקות מולטימטר מסוג COM.

כדי לבדוק את הפעולה הנכונה של הטרנזיסטור בכניסה וביציאה של השער, הקיבול נטען בקוטב חיובי. טעינה כזו מתבצעת על ידי נגיעה קצרה בתריס עם הגשושית, ולאחר מכן בודקים את ההבדל הפוטנציאלי בין הקולט לפולט. לפוטנציאלים אלה לא צריך להיות אי התאמה של יותר מ-1.5 וולט. אם נבדק IGBT חזק, והבודק אינו מספיק למטען חיובי, מופעל על השער מתח אספקה ​​של עד 15 וולט.

מודולים רבי עוצמה

טרנזיסטורי כוח מיוצרים לא רק על ידי מוליכים למחצה בודדים, אלא גם על ידי מודולים מוכנים לשימוש שכבר הורכבו. מכשירים כאלה הם חלק מממירי תדרים רבי עוצמה בבקרה של מנועים חשמליים. בכל מקרה, הסכימה ועקרון הפעולה של המודול יהיו שונים בהתאם לסוגו ומטרתו. לרוב, מכשירים כאלה משתמשים בגשר שנעשה על בסיס שני טרנזיסטורי כוח.

מובטחת פעולה יציבה של ה-IGBT בתדר של 150 קילו-הרץ. עם עלייה בתדירות ההפעלה, ההפסדים עשויים לגדול, מה שמשפיע לרעה על היציבות של מכשירי חשמל. טרנזיסטורי כוח מראים את כל היתרונות והיכולות שלהם בשימוש עם מתחים מעל 400 וולט. לכן, מוליכים למחצה כאלה משמשים לרוב בציוד תעשייתי ובמכשירי חשמל במתח גבוה.