igbt модуль

Для борьбы с токами короткого замыкания в цепь «затвор – эмиттер» включают защиту. Внутреннее сопротивление драйвера управления должно выбираться в пределах диапазона конкретного модуля с учетом динамических потерь. Это необходимо для исключения перенапряжений, вызванных перезарядкой внутренних индуктивностей. Длительность импульсов напряжения выхода драйвера должна быть меньше времени коммутации транзисторов в 5-10 раз.

На фото №1 показан мощный IGBT-модуль BSM 50GB 120DN2 из частотного преобразователя (так называемого “частотника”) для управления трёхфазным двигателем. Однако действие и функция тиристора подавляются, а это означает, что во всем рабочем диапазоне устройства IGBT разрешено только действие транзистора. IGBT предпочтительнее тиристоров, которые ждут быстрого переключения через ноль. Толщина области дрейфа определяет способность IGBT блокировать напряжение. Над областью дрейфа находится область основного тела, состоящая из (p)-подложки вблизи эмиттера и внутри области основного тела из слоя (n+). IGBT является основным компонентом инвертора и, естественно, требует особого внимания.

Для затяжки применяют электронные инструменты с небольшой частотой вращения и функцией контроля усилий. Применять пневматику нельзя, такой инструмент недостаточно точен и может создать избыточное усилие затяжки, которое приводит к напряжениям на корпусе прибора и трещинам полупроводникового кристалла. Где РП – мощность потерь полупроводникового прибора, Rt h( р ) – тепловое сопротивление проводящего материала.

• На их базе строятся практически все бестрансформаторные преобразователи тока и напряжения, инверторы, частотные преобразователи.
• В диапазоне токов до десятков ампер и напряжений до примерно 500 В целесообразно применение обычных МОП- (МДП-) транзисторов, а не БТИЗ, так как при низких напряжениях полевые транзисторы обладают меньшим сопротивлением.
• Это предотвратит увеличение напряжения при резком скачке тока и выход полупроводникового устройства из режима насыщения.
• БТИЗ являются противоположностью МОП-ламп, которые имеют двунаправленный процесс переключения тока; МОП-лампы управляются в прямом направлении, а обратное напряжение не контролируется.
• Это необходимо для исключения перенапряжений, вызванных перезарядкой внутренних индуктивностей.
• Диапазон использования — от десятков до 1200 ампер по току, от сотен вольт до 10 кВ по напряжению.
• Для эффективного охлаждения полупроводниковых модулей необходимо подготовить поверхность радиатора и обеспечить плотное прилегание подложки прибора к охладителю.
• Модуль IGBT сегодня используется в самом современном оборудовании, таком как электрические и гибридные автомобили, а также в поездах, воздушных машинах и т.
• Толщина области дрейфа определяет способность IGBT блокировать напряжение.

Разница напряжений между VCC и GND практически одинакова на нагрузке. Из-за больших токов большой ток биполярного транзистора контролируется напряжением затвора MOSFET. При транспортировке, монтаже и эксплуатации IGBT должна учитываться чувствительность модулей к статическим зарядам.

Что такое силовой модуль IGBT?

• Стоит отметить, что IGBT и MOSFET в некоторых случаях являются взаимозаменяемыми, но для высокочастотных низковольтных каскадов предпочтение отдают транзисторам MOSFET, а для мощных высоковольтных – IGBT.
• IGBT широко используются в преобразователях постоянного тока, электродвигателях и инверторах.
• Использование IGBT транзистора для переключения более наглядно можно посмотреть в следующем видео.
• Где РП – мощность потерь полупроводникового прибора, Rt h( р ) – тепловое сопротивление проводящего материала.
• Биполярный транзистор образует силовой канал, полевой – канал управления.
• Их можно обнаружить в сварочных инверторах марки «Ресанта» и других аналогичных аппаратах.
• Применять пневматику нельзя, такой инструмент недостаточно точен и может создать избыточное усилие затяжки, которое приводит к напряжениям на корпусе прибора и трещинам полупроводникового кристалла.
• В современной силовой электронике широкое распространение получили так называемые транзисторы IGBT.
• Полупроводниковые устройства могут применяться при напряжении 10 кВ и коммутации токов до 1200 А.
• IGBT-модули работают с напряжением в диапазоне от 600 до 6500 В и токами от 50 до 3500 А.

По сути, IGBT — это полупроводник, управляемый напряжением , который обеспечивает большие токи коллектор-эмиттер при почти нулевом токе затвора. IGBT имеет входные характеристики биполярного транзистора и выходные характеристики МОП-лампы. Биполярные транзисторы с изолированным затвором находят очень широкое применение в современной электронике. Модуль IGBT сегодня используется в самом современном оборудовании, таком как электрические и гибридные автомобили, а также в поездах, воздушных машинах и т.

IGBT-модули работают с напряжением в диапазоне от 600 до 6500 В и токами от 50 до 3500 А. IGBT-модули – силовые устройства, в основе которых лежат IGBT-транзисторы. Кроме того, им можно легко управлять с помощью внешнего напряжения, что делает его идеальным для приложений, где требуется точное управление током.

В результате переключение мощной нагрузки становится возможным при малой мощности, так как управляющий сигнал поступает на затвор полевого транзистора. Первый промышленный образец БТИЗ был запатентован International Rectifier в 1983 году. Позднее, в 1985 году, был разработан БТИЗ с полностью планарной структурой (без V-канала) и более высокими рабочими напряжениями. Это произошло почти одновременно в лабораториях фирм General Electric (Скенектади, штат Нью-Йорк) и RCA (Принстон, штат Нью-Джерси). Второе (появилось в 1990-е годы) и третье (современное) поколения IGBT в целом избавлено от этих недостатков.

В схемы с биполярными транзисторами приходится включать дополнительные цепи, обеспечивающие управление и защиту полупроводниковых элементов. Это существенно увеличивает стоимость преобразователей и усложняет их производство. Полупроводниковый ключ – один из самых важных элементов силовой электроники. На их базе строятся практически все бестрансформаторные преобразователи тока и напряжения, инверторы, частотные преобразователи. Стоит отметить, что IGBT и MOSFET в некоторых случаях являются взаимозаменяемыми, но для высокочастотных низковольтных каскадов предпочтение отдают транзисторам MOSFET, а для мощных высоковольтных – IGBT. Вот так выглядят современные IGBT-транзисторы FGH40N60SFD фирмы Fairchild.

Доставка электронных компонентов осуществляется по России, Беларуси, Казахстану. Основным преимуществом IGBT перед другими полупроводниковыми приборами является высокая эффективность проводимости тока. Схемотехника частотника такова, что технологичнее применять сборку или модуль, в котором установлено несколько IGBT-транзисторов. IGBT-транзисторы выпускаются не только в виде отдельных компонентов, но и в виде сборок и модулей.

История появления БТИЗ

Для коммутации больших токов, превышающих допустимое значение для одного транзистора, можно подключать модули параллельно. Падение напряжения на открытом IGBT зависит от температуры гораздо меньше аналогичного параметра MOSFET-транзисторов. На рисунке приведен график падения напряжения в функции температуры для 2 IGBT транзисторов и одного полевого прибора. MOSFET-транзисторы применяются в основном в высокочастотных низковольтных преобразователях, область применения IGBT – мощные высоковольтные схемы. Силовые модули IGBT сочетают в себе несколько IGBT (БТИЗ) транзисторов в различных конфигурациях под конкретные задачи.

• Они также используются в силовых устройствах, таких как выпрямители и передатчики мощности.
• В области стока нанесен еще один дополнительный p+-слой, который образует биполярный транзистор.
• Следовательно, IGBT представляет собой переключающий транзистор с низким напряжением включения даже при высоком напряжении пробоя.
• При большом запасе выбирают IGBT с меньшим номинальным током и заново выполняют расчеты.
• На изображении выше показано использование IGBT транзистора для переключения.
• В общем случае, для высокочастотных низковольтных каскадов наиболее подходят МОП, а для высоковольтных мощных — БТИЗ.
• Таким образом, IGBT-модуль имеет ряд преимуществ перед другими типами транзисторов.
• Поэтому IGBT подходит для замены силовых биполярных транзисторов и силовых MOSFET .
• Разница между напряжением затвор-эмиттер называется Vge, а разница напряжений между коллектором и эмиттером называется Vce .
• IGBT имеет входные характеристики биполярного транзистора и выходные характеристики МОП-лампы.
• IGBT перейдет в состояние «ON» после того, как Vge превысит пороговое значение, зависящее от спецификации IGBT.
• На рисунке №2 показано условное графическое обозначение биполярного транзистора с изолированным затвором, которое может встретиться как в отечественной, так и зарубежной технической литературе и документации.
• Являемся представителем одного из лидеров производства силовых полупроводниковых приборов – АО «Протон-Электротекс».
• Выпускаются как отдельные приборы IGBT, так и силовые сборки (модули) на их основе.
• В этом случае выбирают транзисторы IGBT с одинаковым пороговым напряжением во включенном состоянии.

Для снижения выравнивающих токов в цепи эмиттера ставят резистор номиналом до 0,1 от эквивалентного сопротивления транзистора. Наблюдая за базовой структурой IGBT, показанной выше, можно увидеть, что существует другой путь от коллектора к эмиттеру, который представляет собой коллектор, p+, n-, p (n-канал), n+ и эмиттер. IGBT имеют металлический слой, прикрепленный ко всем трем выводам (коллектор, эмиттер и затвор). Однако металлический материал на выводе затвора имеет слой диоксида кремния.

Заказать IGBT модули можно на сайте компании производителя Технопром М. Благодаря своему легкому весу и эффективной мощности переключения он применим в усилителях и других генераторах, которым необходимо создавать сигналы сложной формы с помощью фильтра нижних частот и широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Несколько позже, в 1985 году, был представлен БТИЗ, отличительной особенностью которого была плоская структура, диапазон рабочих напряжений стал больше. Так, при высоких напряжениях и больших токах потери в открытом состоянии очень малы. При этом устройство имеет похожие характеристики переключения и проводимости, как у биполярного транзистора, а управление осуществляется за счет напряжения, как это происходит у полевых транзисторов.

igbt

Биполярный транзистор образует силовой канал, полевой – канал управления. Объединение полупроводниковых элементов реализовано структурой элементных ячеек в одном кристалле. Впервые мощные полевые транзисторы появились в 1973 году, а уже в 1979 году была предложена схема составного транзистора, оснащенного управляемым биполярным транзистором при помощи полевого с изолированным затвором. В ходе тестов было установлено, что при использовании биполярного транзистора в качестве ключа на основном транзисторе насыщение отсутствует, а это значительно снижает задержку в случае его выключения. Передаточные характеристики IGBT демонстрируют взаимосвязь между Ic и VGE.

Эквивалентная схема и обозначение IGBT

В диапазоне токов до десятков ампер и напряжений до примерно 500 В целесообразно применение обычных МОП- (МДП-) транзисторов, а не БТИЗ, так как при низких напряжениях полевые транзисторы обладают меньшим сопротивлением. Полевые МОП-транзисторы легко управляются, что свойственно транзисторам с изолированным затвором, и имеют встроенный диод утечки для ограничения случайных бросков тока. Типичные применения этих транзисторов — импульсные преобразователи напряжения с высокими рабочими частотами, аудиоусилители (так называемого класса D). В левом случае разность напряжений VIN, которая представляет собой разность потенциалов входа (затвора) с землей/VSS, контролирует выходной ток, текущий от коллектора к эмиттеру.

Полупроводниковые устройства могут применяться при напряжении 10 кВ и коммутации токов до 1200 А. На базе IGBT производят частотные преобразователи для электроприводов, бестрансформаторные конверторы и инверторы, сварочное оборудование, регуляторы тока для мощных приводов. В области частот кГц потери мощности на IGBT-транзисторах малы и не вызывают сильного нагрева, который приводит к тепловому пробою.