IGBT

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Перейти к: навигация, поиск
Силовая сборка на IGBT

IGBT (англ. Insulated Gate Bipolar Transistor — биполярный транзистор с изолированным затвором) — силовой электронный прибор, предназначенный в основном, для управления электрическими приводами. Выпускаются как отдельные IGBT, так и силовые сборки (модули) на их основе, например, для управления цепями трёхфазного тока.


Немного истории

В начале — несколько слов об истории создания транзисторов IGBT и MOSFET. До того, как в 70-х годах был разработан MOSFET, биполярный транзистор был единственным силовым полупроводниковым прибором. Он применялся в большинстве разработок, но его эффективность была ограничена несколькими недостатками: необходимостью большого тока базы для включения; наличием при запирании токового «хвоста», поскольку ток не спадает мгновенно после закрытия транзистора; чувствительностью к температуре; зависимостью минимального рабочего напряжения от напряжения насыщения цепи коллектор-эмиттер.

Когда появился полевой MOSFET, ситуация изменилась. Его характерис-тики отличаются от характеристик биполярных транзисторов: MOSFET управляется не током, а напряжением; он меньше реагирует на изменения температуры; благодаря многоячеистой VLSI-технологии рабочее напряжение MOSFET, теоретически, не имеет нижнего предела: наличием низкого сопротивления канала (до 0,003 Ом); наличием широкого диапазона токов (от 0,5 до 100 А); наличием высокой частоты переключения (до 500 кГц); рабочим напряжением до 1000 В при больших линейных и нагрузочных изменениях, тяжелых рабочих циклах и низких выходных мощностях.

MOSFET легко управляется, что свойственно транзисторам с изолированным затвором и имеет встроенный диод утечки для ограничения случайных бросков тока. Типичные применения MOSFET — импульсные источники питания с рабочими частотами выше 200 кГц и устройства заряда аккумуляторов.

Позднее, в 1985 г., был разработан биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT). Это произошло почти одновременно в лабораториях фирм General Electric, в городе Schenectady (штат Нью-Йорк) и RCA в Princeton (Нью Джерси). IGBT — нечто среднее между биполярным транзистором и MOSFET. Первоначально устройство называли COMFET, GEMFET или IGFET. В прошлом десятилетии приняли название IGBT. Это устройство имеет: малые потери в открытом состоянии при больших токах и высоких напряжениях; характеристики переключения и проводимость биполярного транзистора; управление как у MOSFET — напряжением.

Содержание

[править] IGBT

Структура IGBT-транзистора

Данный тип приборов создан в начале 1980-х гг, запатентован International Rectifier в 1983. Первые IGBT не получили распространения из-за врождённых пороков - медленного переключения и низкой надёжности. Второе (1990-е гг) и третье (современное) поколения IGBT в целом исправили эти пороки. IGBT сочетает достоинства двух основных видов транзисторов:

Диапазон использования - от десятков А до 1200 А по току, от сотен вольт до 10 кВ по напряжению. В диапазоне токов до десятков А и напряжений до 500 В целесообразно применение обычных МДП-транзисторов, а не IGBT.

[править] Применение

Принципиальная схема IGBT. Данный инвертор можно встретить, например в современных моделях троллейбусов с 1 тяговым приводом

Основное применение IGBT- это инверторы, импульсные регуляторы тока, частотно-регулируемые приводы.

Широкое применение IGBT нашли в источниках сварочного тока, в управлении мощным электроприводом, в том числе на городском электрическом транспорте.

Применение IGBT модулей в системах управления тяговыми двигателями позволяет (по сравнению с тиристорными устройствами) обеспечить высокий к.п.д., высокую плавность хода машины и возможность применения рекуперативного торможения практически на любой скорости.


IGBT применяют при работе с высокими напряжениями (>1000 В), высокой температурой (>100°C) и высокой выходной мощностью (>5 кВт). IGBT используются в схемах управления двигателями (при рабочей частоте менее 20 кГц), источниках бесперебойного питания (с постоянной нагрузкой и низкой частотой) и сварочных аппаратах (где требуется большой ток и низкая частота <50 кГц).

На рис. 1 показаны области в пространстве мощность-частота, занимаемые различными типами полупроводниковых устройств. Как видно на рисунке, IGBT и MOSFET занимают диапазон средних мощностей и частот, частично «перекрывая друг друга». В общем случае, для высокочастотных низковольтных каскадов наиболее подходят MOSFET, а для высоковольтных мощных - IGBT.


В некоторых случаях IGBT и MOSFET - полностью взаимозаменяемы. Цоколевка приборов и характеристики управляющих сигналов обоих устройств - одинаковы. IGBT и MOSFET требуют 12...15 В для полного включения и не нуждаются в отрицательном напряжении для выключения. Но «управляемый напряжением» не значит, что схеме управления не нужен источник тока. Затвор IGBT или MOSFET для управляющей схемы представляет собой конденсатор с величиной емкости, достигающей тысяч пикофарад (для мощных устройств). Драйвер затвора должен «уметь» быстро заряжать и разряжать эту емкость, чтобы гарантировать быстрое переключение транзистора.

[править] Ссылки

[править] См. также

Электроника Это незавершённая статья об электронике. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.

Источник — «http://ru.wikipedia.org/wiki/IGBT»