Igbt

IGBT is een korte vorm van Insulated Gate Bipolar Transistor, combinatie van Bipolar Junction Transistor (BJT) en Metal oxide Field effect transistor (MOS-FET). Het is een halfgeleiderapparaat dat wordt gebruikt voor het schakelen van gerelateerde toepassingen.

Omdat IGBT een combinatie is van MOSFET en Transistor, heeft het voordelen van beide transistors en MOSFET. MOSFET heeft voordelen van hoge schakelsnelheid met hoge impedantie en aan de andere kant heeft BJT het voordeel van hoge versterking en lage verzadigingsspanning, beide zijn aanwezig in de IGBT-transistor. IGBT is een spanningsgestuurde halfgeleider die grote collector-emitterstromen mogelijk maakt met bijna geen poortstroomaandrijving.

Zoals besproken, heeft IGBT de voordelen van zowel MOSFET als BJT's, IGBT heeft dezelfde geïsoleerde poort als typische MOSFET's en dezelfde outputoverdrachtskarakteristieken. Hoewel BJT een stroomgestuurd apparaat is, maar voor de IGBT hangt de besturing af van de MOSFET, dus het is een spanningsgestuurd apparaat, equivalent aan de standaard MOSFET's.

IGBT-equivalent circuit en symbool

In de bovenstaande afbeelding wordt het equivalente circuit van IGBT getoond. Het is dezelfde circuitstructuur die wordt gebruikt in de Darlington-transistor, waarbij twee transistors op precies dezelfde manier zijn verbonden. Zoals we de bovenstaande afbeelding kunnen zien, combineert IGBT twee apparaten, N-kanaal MOSFET en PNP-transistor. N-kanaal-MOSFET stuurt de PNP-transistor aan. Een standaard BJT-pin-out omvat Collector, Emitter, Base en een standaard MOSFET-pin-out omvat Gate, Drain en Source. Maar in het geval van IGBT-transistorpennen is het de Gate, die afkomstig is van de N-kanaal MOSFET en de Collector en Emitter afkomstig zijn van de PNP-transistor.

In de PNP-transistor, collector en emitter is het geleidingspad en wanneer de IGBT is ingeschakeld, wordt deze geleid en voert de stroom erdoorheen. Dit pad wordt bestuurd door de N-kanaal MOSFET.

In het geval van de BJT berekenen we de winst die wordt aangeduid als Beta (

In de bovenstaande afbeelding wordt het symbool van IGBT weergegeven. Zoals we kunnen zien, omvat het symbool het collector-emittergedeelte van de Transistor en het poortgedeelte van de MOSFET. De drie terminals worden weergegeven als Gate, Collector en Emitter.

In geleidende of ' AAN' -modus vloeit de stroom van collector naar emitter. Hetzelfde gebeurt met de BJT-transistor. Maar in het geval van IGBT is er Gate in plaats van basis. Het verschil tussen Gate to Emitter-spanning wordt Vge genoemd en het spanningsverschil tussen collector tot emitter wordt Vce genoemd.

De emitterstroom (Ie) is bijna hetzelfde als de collectorstroom (Ic), Ie = Ic. Omdat de stroom relatief hetzelfde is in zowel de collector als de emitter, is de Vce erg laag.

Lees hier meer over BJT en MOSFET.

Toepassingen van IGBT:

IGBT wordt voornamelijk gebruikt in Power-gerelateerde toepassingen. BJT's met standaardvermogen hebben zeer trage respons-eigenschappen, terwijl MOSFET geschikt is voor snelle schakeltoepassingen, maar MOSFET is een dure keuze wanneer een hogere stroomsterkte vereist is. IGBT is geschikt voor het vervangen van power BJT's en Power MOSFET's.

Ook biedt IGBT een lagere 'AAN'-weerstand in vergelijking met BJT's en vanwege deze eigenschap is de IGBT thermisch efficiënt in toepassingen met een hoog vermogen.

IGBT-toepassingen zijn enorm op het gebied van elektronica. Vanwege lage weerstand, zeer hoge stroomsterkte, hoge schakelsnelheid, nul-poortaandrijving, worden IGBT's gebruikt in motorbesturing met hoog vermogen, omvormers, geschakelde voeding met hoogfrequente conversiegebieden.

In de bovenstaande afbeelding wordt de basistoepassing voor het schakelen weergegeven met IGBT. De RL is een resistieve belasting die over de IGBT-zender is verbonden met aarde. Het spanningsverschil over de belasting wordt aangeduid als VRL. De belasting kan ook inductief zijn. En aan de rechterkant wordt een ander circuit getoond. De belasting is verbonden over de collector waar als een stroombeveiligingsweerstand over de emitter is aangesloten. De stroom zal in beide gevallen van collector naar emitter stromen.

In het geval van BJT's moeten we constante stroom leveren over de basis van de BJT. Maar in het geval van de IGBT, net als bij MOSFET, moeten we een constante spanning over de poort leveren en de verzadiging wordt in een constante staat gehouden.

In het linker geval regelt het spanningsverschil, VIN, het potentiaalverschil van de ingang (poort) met de aarde / VSS, de uitgangsstroom die van de collector naar de emitter stroomt. Het spanningsverschil tussen VCC en GND is bijna hetzelfde over de belasting.

Op het circuit aan de rechterkant is de stroom die door de belasting vloeit afhankelijk van de spanning gedeeld door de RS- waarde.

Ik _RL2 = V _IN / R _S

De Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) kan ' AAN ' en ' UIT ' worden geschakeld door de poort te activeren. Als we de poort positiever maken door spanning over de poort aan te leggen, houdt de IGBT-zender de IGBT in de " AAN " -toestand en als we de poort negatief of nul drukken, blijft de IGBT in de " UIT " -stand. Het is hetzelfde als schakelen tussen BJT en MOSFET.

IGBT IV-curve en overdrachtskarakteristieken

In de bovenstaande afbeelding worden IV-kenmerken getoond afhankelijk van de verschillende poortspanning of Vge. De X-as geeft de collectoremitterspanning of Vce aan en de Y-as geeft de collectorstroom aan. Tijdens de uit-toestand vloeit de stroom door de collector en is de poortspanning nul. Wanneer we de Vge of de poortspanning veranderen, gaat het apparaat naar het actieve gebied. Stabiele en continue spanning over de poort zorgt voor een continue en stabiele stroom door de collector. Toename van Vge verhoogt proportioneel de collectorstroom, Vge3> Vge2> Vge3. BV is de doorslagspanning van de IGBT.

Deze curve is bijna identiek aan de IV-overdrachtscurve van BJT, maar hier wordt Vge getoond omdat IGBT een spanningsgestuurd apparaat is.

In de bovenstaande afbeelding wordt de overdrachtskarakteristiek van IGBT weergegeven. Het is bijna identiek aan PMOSFET. De IGBT gaat naar de " AAN " -status nadat Vge groter is dan een drempelwaarde, afhankelijk van de IGBT-specificatie.

Hier is een vergelijkingstabel die ons een goed beeld geeft van het verschil tussen IGBT met POWER BJT's en Power MOSFET's.

Apparaatkenmerken	IGBT	Krachtige MOSFET	KRACHT BJT
Voltageclassificatie
Huidige score
Invoerapparaat
Ingangsimpedantie
Uitgangsimpedantie
Schakelsnelheid
Kosten

In de volgende video zullen we het schakelcircuit van de IGBT-transistor zien.