Igbt

IGBT เป็นรูปแบบสั้น ๆ ของฉนวนประตูสองขั้วทรานซิสเตอร์รวมกันของสองขั้วสนธิทรานซิสเตอร์ (BJT)และโลหะออกไซด์สนามผลทรานซิสเตอร์ (MOS-FET) เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้สำหรับสลับแอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้อง

เนื่องจาก IGBT เป็นการรวมกันของMOSFETและTransistorจึงมีข้อดีของทั้งทรานซิสเตอร์และ MOSFET MOSFET มีข้อได้เปรียบของความเร็วในการเปลี่ยนสูงที่มีอิมพีแดนซ์สูงและอีกด้านหนึ่ง BJT มีข้อได้เปรียบในการได้รับสูงและแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวต่ำซึ่งทั้งสองมีอยู่ในทรานซิสเตอร์ IGBT IGBT เป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าซึ่งเปิดใช้งานกระแสตัวปล่อยสะสมขนาดใหญ่โดยมีไดรฟ์ปัจจุบันเกตเกือบเป็นศูนย์

ตามที่กล่าวไว้ IGBT มีข้อดีของทั้ง MOSFET และ BJTs IGBT มีฉนวนเกตเหมือนกับ MOSFET ทั่วไปและลักษณะการถ่ายโอนเอาต์พุตที่เหมือนกัน แม้ว่า BJT จะเป็นอุปกรณ์ควบคุมในปัจจุบัน แต่สำหรับ IGBT การควบคุมจะขึ้นอยู่กับ MOSFET ดังนั้นจึงเป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าเทียบเท่ากับ MOSFET มาตรฐาน

วงจรและสัญลักษณ์เทียบเท่า IGBT

ในภาพด้านบนจะแสดงวงจรสมมูลของ IGBT เป็นโครงสร้างวงจรเดียวกับที่ใช้ในทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันที่ทรานซิสเตอร์สองตัวเชื่อมต่อในลักษณะเดียวกันทุกประการ ในฐานะที่เราสามารถมองเห็นภาพด้านบน IGBT รวมสองอุปกรณ์N ช่อง MOSFETและทรานซิสเตอร์ PNP N channel MOSFET กำลังขับทรานซิสเตอร์ PNP ขาออกมาตรฐานของ BJT ประกอบด้วย Collector, Emitter, Base และขาออก MOSFET มาตรฐานรวมถึง Gate, Drain และ Source แต่ในกรณีของพินทรานซิสเตอร์ IGBTมันคือGateซึ่งมาจาก N-channel MOSFET และCollectorและEmitterมาจากทรานซิสเตอร์ PNP

ในทรานซิสเตอร์ PNP ตัวรวบรวมและตัวส่งเป็นเส้นทางการนำไฟฟ้าและเมื่อเปิด IGBT จะดำเนินการและนำกระแสผ่าน เส้นทางนี้ถูกควบคุมโดย MOSFET ช่อง N

ในกรณีของ BJT เราคำนวณกำไรซึ่งแสดงเป็นเบต้า (

ในภาพด้านบนสัญลักษณ์ของ IGBT จะปรากฏขึ้น อย่างที่เราเห็นสัญลักษณ์นี้รวมถึงส่วนของตัวปล่อยสะสมของทรานซิสเตอร์และส่วนเกตของ MOSFET ขั้วทั้งสามจะแสดงเป็นGate, Collector และ Emitter

เมื่ออยู่ในการดำเนินการหรือการเปลี่ยน ' ON ' ในโหมดการไหลของกระแสจากนักสะสมที่จะอีซีแอลสิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับทรานซิสเตอร์ BJT แต่ในกรณีของ IGBT จะมี Gate แทนฐาน ความแตกต่างระหว่างประตูแรงดัน Emitter เรียกว่าเป็นVGEและความแตกต่างระหว่างแรงดันสะสมไปอีซีแอลจะเรียกว่าเป็นVCE

อีซีแอลในปัจจุบัน (IE)เกือบจะเป็นเช่นเดียวกับนักสะสมปัจจุบัน (IC), Ie = Ic เนื่องจากการไหลของกระแสค่อนข้างเท่ากันทั้งในตัวสะสมและตัวปล่อยVceจึงต่ำมาก

เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ BJT และ MOSFET ที่นี่

การใช้งาน IGBT:

IGBT ส่วนใหญ่จะใช้ในแอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้องกับพลังงาน กำลังไฟมาตรฐานของ BJT มีคุณสมบัติในการตอบสนองที่ช้ามากในขณะที่ MOSFET เหมาะสำหรับการสลับแอปพลิเคชันที่รวดเร็ว แต่ MOSFET เป็นตัวเลือกที่มีค่าใช้จ่ายสูงซึ่งจำเป็นต้องให้คะแนนกระแสไฟฟ้าสูง IGBT เหมาะสำหรับการเปลี่ยน BJTs อำนาจและ MOSFETs

นอกจากนี้IGBT ยังมีความต้านทาน 'ON' ที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับ BJT และเนื่องจากคุณสมบัตินี้ IGBT จึงมีประสิทธิภาพเชิงความร้อนในแอพพลิเคชั่นที่เกี่ยวข้องกับพลังงานสูง

แอปพลิเคชัน IGBT มีมากมายในสาขาอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากความต้านทานต่ำพิกัดกระแสไฟสูงมากความเร็วในการเปลี่ยนสูงไดรฟ์ประตูศูนย์จึงใช้ IGBT ในการควบคุมมอเตอร์กำลังสูงอินเวอร์เตอร์แหล่งจ่ายไฟสลับโหมดที่มีพื้นที่แปลงความถี่สูง

ในภาพด้านบนแอปพลิเคชันการสลับพื้นฐานจะแสดงโดยใช้ IGBT RLเป็นภาระทานเชื่อมต่อผ่านอีซีแอล IGBT ของลงไปที่พื้น ความแตกต่างแรงดันตกคร่อมโหลดจะแสดงเป็นVRLโหลดสามารถอุปนัยได้เช่นกัน และทางด้านขวาจะมีการแสดงวงจรอื่น โหลดเชื่อมต่อกับตัวเก็บรวบรวมโดยที่ตัวต้านทานการป้องกันกระแสเชื่อมต่อผ่านตัวปล่อย กระแสจะไหลจากตัวเก็บรวบรวมไปยังตัวปล่อยในทั้งสองกรณี

ในกรณีของBJTเราจำเป็นต้องจ่ายกระแสคงที่ทั่วฐานของ BJT แต่ในกรณีของ IGBT เช่นเดียวกับ MOSFET เราจำเป็นต้องจัดหาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ตลอดทั้งเกตและความอิ่มตัวจะคงอยู่ในสถานะคงที่

ในกรณีด้านซ้ายความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าVINซึ่งเป็นความต่างศักย์ของอินพุต (ประตู) กับกราวด์ / VSS จะควบคุมกระแสเอาต์พุตที่ไหลจากตัวเก็บรวบรวมไปยังตัวปล่อย ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่าง VCC และ GND เกือบจะเท่ากันตลอดทั้งโหลด

ในวงจรด้านขวากระแสที่ไหลผ่านโหลดขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าหารด้วยค่าRS

ฉัน_RL2 = V _IN / R _S

ฉนวนประตู Bipolar Transistor (IGBT)สามารถเปลี่ยน ' ON ' และ ' ปิด ' โดยการเปิดประตู ถ้าเราทำให้เกตเป็นบวกมากขึ้นโดยใช้แรงดันไฟฟ้าข้ามเกตอิมิตเตอร์ของ IGBT จะทำให้ IGBT อยู่ในสถานะ“ เปิด ” และถ้าเราทำให้เกตเป็นลบหรือดันเป็นศูนย์ IGBT จะยังคงอยู่ในสถานะ “ ปิด ” เหมือนกับการเปลี่ยน BJT และ MOSFET

IGBT IV Curve และลักษณะการถ่ายโอน

ในภาพด้านบน, IV ลักษณะจะแสดงขึ้นอยู่กับแรงดันเกตที่แตกต่างกันหรือVGEแกน X หมายถึงเก็บอีซีแอลแรงดันไฟฟ้าหรือ VCEและแกน Y หมายถึงการสะสมในปัจจุบันในช่วงปิดสถานะปัจจุบันที่ไหลผ่านสะสมและแรงดันไฟฟ้าที่ประตูเมืองเป็นศูนย์เมื่อเราเปลี่ยนVgeหรือแรงดันเกตอุปกรณ์จะเข้าสู่พื้นที่ที่ใช้งานอยู่ แรงดันไฟฟ้าที่เสถียรและต่อเนื่องตลอดเกตให้กระแสไหลผ่านตัวเก็บรวบรวม การเพิ่มขึ้นของVGEเป็นสัดส่วนที่เพิ่มขึ้นสะสมปัจจุบันVge3> Vge2> Vge3 BVคือแรงดันไฟฟ้าย่อยของ IGBT

เส้นโค้งนี้เกือบจะเหมือนกันกับเส้นโค้งการถ่ายโอน IV ของ BJT แต่ที่นี่แสดงVgeเนื่องจาก IGBT เป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า

ในภาพด้านบนจะแสดงลักษณะการถ่ายโอนของ IGBT มันเกือบจะเหมือนกันกับPMOSFETIGBT จะเข้าสู่สถานะ“ เปิด ” หลังจากVgeมากกว่าค่าเกณฑ์ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของ IGBT

นี่คือตารางเปรียบเทียบซึ่งจะทำให้เรามีภาพที่เป็นธรรมเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างIGBTที่มีเพาเวอร์ BJT ของและMOSFETs ไฟฟ้า

ลักษณะอุปกรณ์	IGBT	เพาเวอร์มอสเฟต	พลัง BJT
คะแนนแรงดันไฟฟ้า
คะแนนปัจจุบัน
อุปกรณ์ป้อนข้อมูล
ความต้านทานของอินพุต
ความต้านทานขาออก
เปลี่ยนความเร็ว
ค่าใช้จ่าย

ในวิดีโอต่อไปเราจะเห็น วงจรของการเปลี่ยน IGBT ทรานซิสเตอร์