Igbt

IGBT ist eine Kurzform des Bipolartransistors mit isoliertem Gate, einer Kombination aus Bipolar Junction Transistor (BJT) und Metalloxid-Feldeffekttransistor (MOS-FET). Es ist ein Halbleiterbauelement, das zum Schalten verwandter Anwendungen verwendet wird.

Da IGBT eine Kombination aus MOSFET und Transistor ist, hat es Vorteile sowohl der Transistoren als auch des MOSFET. Der MOSFET hat die Vorteile einer hohen Schaltgeschwindigkeit mit hoher Impedanz und auf der anderen Seite hat der BJT den Vorteil einer hohen Verstärkung und einer niedrigen Sättigungsspannung, die beide im IGBT-Transistor vorhanden sind. IGBT ist ein spannungsgesteuerter Halbleiter, der große Kollektoremitterströme mit einem Gate-Stromantrieb von nahezu Null ermöglicht.

Wie bereits erwähnt, hat IGBT die Vorteile von MOSFET und BJT. IGBT hat ein isoliertes Gate wie typische MOSFETs und dieselben Ausgangsübertragungseigenschaften. Obwohl BJT ein stromgesteuertes Gerät ist, hängt die Steuerung für den IGBT vom MOSFET ab, daher handelt es sich um ein spannungsgesteuertes Gerät, das den Standard-MOSFETs entspricht.

IGBT-Ersatzschaltung und Symbol

In der obigen Abbildung ist das Ersatzschaltbild von IGBT dargestellt. Es ist dieselbe Schaltungsstruktur, die in Darlington Transistor verwendet wird, wo zwei Transistoren genau auf die gleiche Weise verbunden sind. Wie wir das obige Bild sehen können, kombiniert IGBT zwei Geräte, N-Kanal-MOSFET und PNP-Transistor. Der N-Kanal-MOSFET steuert den PNP-Transistor an. Der Pin-Out eines Standard-BJT umfasst Collector, Emitter, Base und ein Standard-MOSFET-Pin-Out umfasst Gate, Drain und Source. Im Fall von IGBT-Transistor-Pins ist es jedoch das Gate, das vom N-Kanal-MOSFET kommt, und der Kollektor und der Emitter kommen vom PNP-Transistor.

In dem PNP-Transistor sind Kollektor und Emitter Leitungspfad, und wenn der IGBT eingeschaltet ist, wird er geleitet und führt den Strom durch ihn. Dieser Pfad wird vom N-Kanal-MOSFET gesteuert.

Im Falle des BJT berechnen wir die Verstärkung, die als Beta bezeichnet wird (

Im obigen Bild ist das IGBT-Symbol dargestellt. Wie wir sehen können, enthält das Symbol den Kollektoremitterabschnitt des Transistors und den Gate-Abschnitt des MOSFET. Die drei Anschlüsse sind als Gate, Collector und Emitter dargestellt.

Wenn in leitend oder eingeschaltet ‚ ON ‘-Modus, den Stromfluss vom Kollektor zum Emitter. Gleiches gilt für den BJT-Transistor. Aber im Fall von IGBT gibt es Gate anstelle von Base. Die Differenz zwischen Gate-Emitter-Spannung wird als Vge und die Spannungsdifferenz zwischen Kollektor zu Emitter als Vce bezeichnet.

Der Emitterstrom (Ie) ist fast der gleiche wie der Kollektorstrom (Ic), Ie = Ic. Da der Stromfluss sowohl im Kollektor als auch im Emitter relativ gleich ist, ist der Vce sehr niedrig.

Erfahren Sie hier mehr über BJT und MOSFET.

Anwendungen von IGBT:

IGBT wird hauptsächlich in leistungsbezogenen Anwendungen verwendet. Standardleistungs-BJTs haben sehr langsame Reaktionseigenschaften, während MOSFET für schnell schaltende Anwendungen geeignet ist, aber MOSFET ist eine kostspielige Wahl, wenn eine höhere Nennstromstärke erforderlich ist. IGBT eignet sich zum Ersetzen von Leistungs-BJTs und Leistungs-MOSFETs.

Außerdem bietet IGBT im Vergleich zu BJTs einen geringeren EIN-Widerstand. Aufgrund dieser Eigenschaft ist der IGBT in Anwendungen mit hoher Leistung thermisch effizient.

IGBT-Anwendungen sind im Bereich der Elektronik sehr umfangreich. Aufgrund des geringen Widerstands, der sehr hohen Nennstromstärke, der hohen Schaltgeschwindigkeit und des Null-Gate-Antriebs werden IGBTs in Hochleistungsmotorsteuerungen, Wechselrichtern und Schaltnetzteilen mit Hochfrequenzumwandlungsbereichen verwendet.

In der obigen Abbildung wird die grundlegende Schaltanwendung mithilfe von IGBT dargestellt. Der RL ist eine ohmsche Last, die über den IGBT-Emitter mit Masse verbunden ist. Die Spannungsdifferenz über der Last wird als VRL bezeichnet. Die Last kann auch induktiv sein. Und auf der rechten Seite ist eine andere Schaltung dargestellt. Die Last wird über den Kollektor geschaltet, wobei als Stromschutzwiderstand über den Emitter geschaltet wird. In beiden Fällen fließt der Strom vom Kollektor zum Emitter.

Bei BJTs müssen wir konstanten Strom über die Basis des BJT liefern. Aber im Fall des IGBT müssen wir wie beim MOSFET eine konstante Spannung über dem Gate bereitstellen und die Sättigung wird in einem konstanten Zustand gehalten.

Im linken Fall steuert die Spannungsdifferenz VIN, die die Potentialdifferenz des Eingangs (Gates) mit Masse / VSS ist, den vom Kollektor zum Emitter fließenden Ausgangsstrom. Die Spannungsdifferenz zwischen VCC und GND ist über die Last nahezu gleich.

Auf der rechten Seite hängt der durch die Last fließende Strom von der Spannung geteilt durch den RS- Wert ab.

I _RL2 = V _IN / R _S.

Der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) kann durch Aktivieren des Gates auf EIN und AUS geschaltet werden. Wenn wir das Gate durch Anlegen einer Spannung an das Gate positiver machen, hält der Emitter des IGBT den IGBT im " EIN " -Zustand, und wenn wir das Gate negativ oder auf Null drücken, bleibt der IGBT im " AUS " -Zustand. Es ist dasselbe wie beim BJT- und MOSFET-Schalten.

IGBT IV-Kurven- und Übertragungseigenschaften

In dem obigen Bild sind die IV-Eigenschaften in Abhängigkeit von der unterschiedlichen Gate-Spannung oder Vge gezeigt. Die X-Achse bezeichnet die Kollektoremitterspannung oder Vce und die Y-Achse bezeichnet den Kollektorstrom. Im ausgeschalteten Zustand ist der durch den Kollektor fließende Strom und die Gate-Spannung Null. Wenn wir die Vge oder die Gate-Spannung ändern, geht das Gerät in den aktiven Bereich. Eine stabile und kontinuierliche Spannung über dem Gate sorgt für einen kontinuierlichen und stabilen Stromfluss durch den Kollektor. Die Erhöhung von Vge erhöht proportional den Kollektorstrom, Vge3> Vge2> Vge3. BV ist die Durchbruchspannung des IGBT.

Diese Kurve ist fast identisch mit der IV-Übertragungskurve von BJT, aber hier wird Vge gezeigt, da IGBT ein spannungsgesteuertes Gerät ist.

Im obigen Bild ist die Übertragungscharakteristik von IGBT dargestellt. Es ist fast identisch mit PMOSFET. Der IGBT wechselt in den Status „ ON “, nachdem Vge je nach IGBT-Spezifikation einen Schwellenwert überschreitet.

Hier ist eine Vergleichstabelle, die uns ein gutes Bild über den Unterschied zwischen IGBT mit POWER BJTs und Power MOSFETs gibt.

Geräteeigenschaften	IGBT	Leistungs-MOSFET	POWER BJT
Spannungswert
Aktuelle Bewertung
Eingabegerät
Eingangsimpedanz
Ausgangsimpedanz
Schaltgeschwindigkeit
Kosten

Im nächsten Video sehen wir die Schaltschaltung des IGBT-Transistors.