Ang mga IGBT ay ang pangunahing sangkap ng mga modernong elektronika ng kuryente

Ang isang IGBT transistor (maikli para sa Ingles na Insulated-gate bipolar transistor) o isang insulated na gate bipolar transistor (pinaikling IGBT) ay isang three-terminal semiconductor na aparato na pinagsasama ang isang kapangyarihan bipolar transistor at isang trans-transpormador na epekto na nakontrol sa larangan sa loob ng isang pabahay.

Ang mga transistor ng IGBT ngayon ang pangunahing sangkap ng elektroniko ng kuryente (malalakas na inverters, paglilipat ng mga suplay ng kuryente, dalas ng mga Converter, atbp.), Kung saan nagsisilbi silang mga makapangyarihang elektronikong switch na nagpapalitan ng mga alon sa mga frequency na sinusukat sa sampu-sampung daan-daang kilohertz. Ang mga transistor ng ganitong uri ay ginawa pareho sa anyo ng magkakahiwalay na mga bahagi, at sa anyo ng dalubhasang mga module ng kuryente (mga pagtitipon) para sa pagkontrol ng mga three-phase circuit.

Ang katotohanan na ang IGBT transistor ay nagsasama ng mga transistor ng dalawang uri nang sabay-sabay (cascaded) ay nagbibigay-daan sa iyo upang pagsamahin ang mga bentahe ng dalawang teknolohiya sa loob ng isang aparato ng semiconductor.

Ang isang bipolar transistor bilang isang kapangyarihan transistor ay nagbibigay-daan sa iyo upang makakuha ng isang mas malaking boltahe sa operating, habang ang paglaban ng channel sa bukas na estado ay proporsyonal sa kasalukuyang sa unang degree, at hindi sa parisukat ng kasalukuyang bilang maginoo epekto transistors. At ang katotohanan na ito ay isang transistor na epekto ng larangan na ginagamit bilang isang control transistor ay nagpapaliit sa pagkonsumo ng kuryente para sa key control.

 

Ang mga pangalan ng mga electrodes ay nagpapakita ng istraktura ng transistor ng IGBT: ang control electrode ay tinatawag na gate (tulad ng isang field-effect transistor), at ang mga electrodes ng power channel ay tinatawag na kolektor at emitter (tulad ng isang bipolar transistor).

Kaunting kasaysayan

Ayon sa kasaysayan, ang mga bipolar transistors ay ginamit sa pantay na talas ng paa. kasama ng thyristors bilang kapangyarihan elektronikong mga susi hanggang sa 90s. Ngunit ang mga kawalan ng bipolar transistors ay palaging halata: isang malaking base kasalukuyang, mabagal na pag-lock at sobrang pag-init ng kristal, isang malakas na pag-asa sa temperatura ng pangunahing mga parameter, at isang limitadong boltahe ng kolektor-emitter saturation.

Ang mga transistor na epekto ng patlang (mga istraktura ng MOS) na lumitaw kaagad na nagbago ng sitwasyon para sa mas mahusay: ang kontrol sa boltahe ay hindi na nangangailangan ng ganoong malalaking alon, ang mga parameter ng switch ay mahina na nakasalalay sa temperatura, ang operating boltahe ng transistor ay hindi limitado mula sa ibaba, ang mababang pagtutol ng power channel sa bukas na estado ay nagpapalawak ng saklaw ng mga alon ng operating. ang dalas ng paglilipat ay madaling maabot ang daan-daang kilohertz, bilang karagdagan, ang kakayahan ng mga transistor na epekto ng larangan upang makatiis ng malakas na mga naglo-load na mga mataas na boltahe ng operating ay kapansin-pansin.

Dahil ang kontrol ng isang transistor ng epekto sa larangan ay ipinatupad nang mas madali at lumiliko ito sa mga tuntunin ng kapangyarihan na mas madali kaysa sa bipolar, at bukod sa, mayroong isang paghihigpit diode, - ang transistor na epekto ng field ay agad na nakakuha ng katanyagan sa mga high-frequency na paglilipat ng boltahe na mga convert, pati na rin sa Class D acoustic amplifier.

Vladimir Dyakonov

Ang unang lakas ng epekto transistor ay binuo ni Viktor Bachurin pabalik sa Unyong Sobyet, noong 1973, pagkatapos nito ay iniimbestigahan sa ilalim ng pangangasiwa ng siyentipiko na si Vladimir Dyakonov. Ang mga pag-aaral ng pangkat na Dyakonov patungkol sa mga pangunahing katangian ng transistor na may kapangyarihan ng patlang na humantong sa pag-unlad noong 1977 ng isang composite transistor switch, sa loob kung saan ang isang bipolar transistor ay kinokontrol ng isang nakababagay na gate ng epekto.

Ipinakita ng mga siyentipiko ang pagiging epektibo ng pamamaraang ito, kung ang kasalukuyang mga katangian ng bahagi ng kapangyarihan ay natutukoy ng isang bipolar transistor, at ang mga control parameter ay natutukoy ng patlang. Bukod dito, ang saturation ng bipolar transistor ay tinanggal, na nangangahulugan na ang pagkaantala kapag naka-off ay nabawasan. Ito ay isang mahalagang bentahe ng anumang power key.

Sa isang aparato ng semiconductor ng isang bagong uri, ang mga siyentipiko ng Sobyet ay nakakuha ng sertipiko ng copyright ng copyright No. 757051 "Pobistor". Ito ang unang istraktura na naglalaman ng isang malakas na bipolar transistor sa isang pabahay, sa tuktok kung saan mayroong isang control field-effects transistor na may isang insulated na gate.

Tulad ng para sa pagpapatupad ng pang-industriya, na sa 1983 na Intarnational Rectifier ay naka-patente sa unang transistor ng IGBT. At makalipas ang dalawang taon, isang transistor ng IGBT na may isang patag na istraktura at isang mas mataas na boltahe ng operating ay binuo. Ginawa ito nang sabay-sabay sa mga laboratoryo ng dalawang kumpanya - General Electric at RCA.

Ang mga unang bersyon ng insulated-gate bipolar transistors ay may isang pangunahing sagabal - mabagal na paglipat. Ang pangalang IGBT ay pinagtibay noong 90s, nang nilikha ang pangalawa at pangatlong henerasyon ng mga IGBT transistors. Pagkatapos ang mga pagkukulang na ito ay nawala.

Mga Natatanging Mga Pakinabang ng mga IGBT

Kung ikukumpara sa maginoo na mga epekto ng transistor ng patlang, ang mga IGBT ay may mas mataas na impedance ng input at mas mababang lakas na ginugol sa control ng gate.

Hindi tulad ng mga bipolar transistors, mayroong isang mas mababang natitirang boltahe kung kailan. Ang mga pagkawala sa bukas na estado, kahit na sa mataas na mga boltahe ng operating at alon, ay medyo maliit. Sa kasong ito, ang kondaktibiti ay katulad ng isang bipolar transistor, at ang susi ay kinokontrol ng boltahe.

Ang hanay ng mga operating boltahe ng kolektor-emitter para sa mga pinaka-malawak na magagamit na mga modelo ay nag-iiba mula sa sampu-sampung volts hanggang 1200 o higit pang mga volts, habang ang mga alon ay maaaring umabot sa 1000 o higit pang mga amperes. Mayroong mga pagpupulong para sa daan-daang at libu-libong mga volt sa boltahe at mga alon ng daan-daang mga amperes.

Ito ay pinaniniwalaan na ang mga epekto ng transistor ng patlang ay mas mahusay na angkop para sa mga operating boltahe hanggang sa 500 volts, at ang mga IGBT transistor ay angkop para sa mga boltahe na higit sa 500 volts at mga alon na higit sa 10 amperes, dahil ang mas mababang paglaban ng channel sa bukas na estado ay napakahalaga sa mas mababang mga boltahe.

IGBT Transistors

Ang pangunahing aplikasyon ng mga transistor ng IGBT ay matatagpuan sa mga inverters, paglilipat ng boltahe na mga converters at dalas ng mga converters (halimbawa, ang half-bridge module na SKM 300GB063D, 400A, 600V) - kung saan may mataas na boltahe at makabuluhang kapangyarihan.

Mga inverter ng welding - isang hiwalay na mahalagang lugar ng aplikasyon ng mga transistor ng IGBT: mataas na kasalukuyang, kapangyarihan nang higit sa 5 kW at mga frequency hanggang sa 50 kHz (IRG4PC50UD - isang klasiko ng genre, 27A, 600V, hanggang sa 40 kHz).

Ang IGBT ay hindi maaaring ma-dispensa sa urban electric transport: kasama ang thyristors, ang mga traction motor ay nagpapakita ng mas mababang kahusayan kaysa sa IGBT, bukod dito, nakamit ng IGBT ang isang mas maayos na pagsakay at isang mahusay na pagsasama sa mga regenerative braking system kahit na sa mataas na bilis.

Wala nang mas mahusay kaysa sa IGBT kung kailangan mong lumipat sa mga mataas na boltahe (higit sa 1000 V) o kontrolin ang isang variable na dalas ng dalas (mga frequency hanggang sa 20 kHz).

Sa ilang mga circuit, ang IGBT at MOSFET transistors ay ganap na napapalitan, dahil ang kanilang mga kable ay magkapareho, at ang mga prinsipyo ng control ay magkapareho. Ang mga pintuan sa ito at sa iba pang kaso ay kumakatawan sa isang kapasidad ng hanggang sa mga yunit ng nanofarad, na may singil na humahawak ng singil kung saan naka-install ang driver sa anumang naturang circuit ay madaling hawakan at nagbibigay ng sapat na kontrol.

Tingnan din:Ang Power MOSFET at IGBT transistors, pagkakaiba at tampok ng kanilang aplikasyon