Igbt

IGBT és una forma curta de transistor bipolar de porta aïllada, combinació de transistor de connexió bipolar (BJT) i transistor d’efecte de camp d’òxid de metall (MOS-FET). És un dispositiu semiconductor que s'utilitza per canviar d'aplicacions relacionades.

Com que IGBT és una combinació de MOSFET i Transistor, té avantatges tant dels transistors com del MOSFET. El MOSFET té avantatges d’alta velocitat de commutació amb alta impedància i, a l’altra banda, el BJT té un avantatge elevat de guany i baixa tensió de saturació, tots dos estan presents al transistor IGBT. IGBT és un semiconductor de tensió controlat que permet grans corrents emissors de col·lectors amb unitat de corrent de porta gairebé nul·la.

Com es va comentar, IGBT té els avantatges tant de MOSFET com de BJT, IGBT té una porta aïllada igual que els MOSFET típics i les mateixes característiques de transferència de sortida. Tot i que, el BJT és un dispositiu controlat actualment, però per al IGBT, el control depèn del MOSFET, per tant és un dispositiu controlat per voltatge, equivalent als MOSFET estàndard.

Circuit i símbol equivalents IGBT

A la imatge anterior es mostra el circuit equivalent d'IGBT. És la mateixa estructura de circuits que s’utilitza en el transistor Darlington, on dos transistors es connecten exactament de la mateixa manera. Com podem veure la imatge anterior, IGBT combina dos dispositius, el canal N MOSFET i el transistor PNP. El canal N MOSFET condueix el transistor PNP. Un pin out de BJT estàndard inclou Collector, Emitter, Base i un pin MOSFET estàndard inclou Gate, Drain i Source. Però en el cas dels pins del transistor IGBT, és el Gate, que prové del MOSFET de canal N i el col·lector i l’ emissor provenen del transistor PNP.

Al transistor PNP, el col·lector i l’emissor són un camí de conducció i quan s’engega l’IGBT es condueix i transporta el corrent a través d’ell. Aquest camí està controlat pel canal N MOSFET.

En el cas del BJT, calculem el guany que es denota com a beta (

A la imatge superior, es mostra el símbol IGBT. Com podem veure, el símbol inclou la porció emissora de col·lectors del transistor i la porció de porta del MOSFET. Els tres terminals es mostren com a porta, col·lector i emissor.

Quan en la realització o 'commutació SOBRE manera' el flux de corrent de col·lector a emissor. El mateix passa amb el transistor BJT. Però en el cas d’IGBT hi ha Gate en lloc de base. La diferència entre el voltatge de la porta a l’emissor s’anomena Vge i la diferència de tensió entre el col·lector a l’emissor s’anomena Vce.

El corrent emissor (Ie) és gairebé el mateix que el corrent del col·lector (Ic), és a dir, Ic. Com que el flux de corrent és relativament igual tant al col·lector com a l’emissor, el Vce és molt baix.

Obteniu més informació sobre BJT i ​​MOSFET aquí.

Aplicacions d'IGBT:

IGBT s'utilitza principalment en aplicacions relacionades amb l'energia. Els BJT de potència estàndard tenen propietats de resposta molt lentes, mentre que el MOSFET és adequat per a aplicacions de commutació ràpida, però el MOSFET és una opció costosa on es requereix un índex de corrent més alt. IGBT és adequat per substituir els BJT de potència i els MOSFET de potència.

A més, IGBT ofereix una resistència "ON" més baixa en comparació amb els BJT i, a causa d'aquesta propietat, l'IGBT és tèrmicament eficient en aplicacions relacionades amb alta potència.

Les aplicacions IGBT són extenses en el camp de l’electrònica. A causa de la resistència baixa, la potència de corrent molt alta, la velocitat de commutació elevada, l’accionament de la porta zero, els IGBT s’utilitzen en control de motors d’alta potència, inversors, font d’alimentació en mode commutat amb zones de conversió d’alta freqüència.

A la imatge anterior, es mostra l'aplicació de commutació bàsica mitjançant IGBT. El RL, és una càrrega resistiva connectada a l’emissor IGBT a terra. La diferència de tensió a través de la càrrega es denomina VRL. La càrrega també pot ser inductiva. I a la part dreta es mostra un circuit diferent. La càrrega es connecta a través del col·lector on, com a protecció de corrent, es connecta la resistència a través de l'emissor. El corrent fluirà del col·lector a l’emissor en ambdós casos.

En cas de BJT, hem de subministrar corrent constant a tota la base del BJT. Però en el cas de la IGBT, igual que com MOSFET, hem de proporcionar una tensió constant a través de la porta i la saturació es manté en estat constant.

A la caixa esquerra, la diferència de tensió, VIN, que és la diferència de potencial de l’entrada (porta) amb la terra / VSS, controla el corrent de sortida que flueix del col·lector a l’emissor. La diferència de tensió entre VCC i GND és gairebé la mateixa en tota la càrrega.

Al circuit del costat dret, el corrent que circula per la càrrega depèn de la tensió dividida pel valor RS.

I _RL2 = V _IN / R _S

El aïllament de transistor bipolar de porta (IGBT) es pot canviar ' A ' i ' OFF ' mitjançant l'activació de la porta. Si fem més positiva la porta aplicant tensió a través de la porta, l’emissor de l’IGBT manté l’IGBT en el seu estat “ ON ” i si fem que la porta sigui negativa o zero, l’IGBT es mantindrà en estat “ OFF ”. És igual que com el canvi de BJT i ​​MOSFET.

Característiques de la corba i la transferència IGBT IV

A la imatge anterior, es mostren les característiques IV en funció de la diferent tensió de la porta o Vge. L' eix X indica el voltatge de l'emissor del col·lector o Vce i l' eix Y el corrent del col·lector. Durant l'estat apagat, el corrent que circula pel col·lector i la tensió de la porta és nul. Quan canviem el Vge o el voltatge de la porta, el dispositiu entra a la regió activa. La tensió estable i contínua a través de la porta proporciona un flux de corrent continu i estable a través del col·lector. L’augment de Vge augmenta proporcionalment el corrent del col·lector, Vge3> Vge2> Vge3. BV és la tensió de ruptura de la IGBT.

Aquesta corba és gairebé idèntica a la corba de transferència IV de BJT, però aquí es mostra Vge perquè IGBT és un dispositiu controlat per voltatge.

A la imatge anterior, es mostra la característica de transferència d’IGBT. És gairebé idèntic a PMOSFET. L'IGBT passarà a l'estat " ON " després que Vge sigui superior a un valor llindar en funció de l'especificació IGBT.

Aquí teniu una taula de comparació que ens donarà una imatge clara de la diferència entre IGBT amb els POWER BJT i els Power MOSFET.

Característiques del dispositiu	IGBT	MOSFET d'alimentació	POWER BJT
Voltatge nominal
Valoració actual
Dispositiu d'entrada
Impedància d’entrada
Impedància de sortida
Velocitat de commutació
Cost

Al següent vídeo, veurem el circuit de commutació del transistor IGBT.